RU2443946C2 - SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR - Google Patents
SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443946C2 RU2443946C2 RU2009149096/06A RU2009149096A RU2443946C2 RU 2443946 C2 RU2443946 C2 RU 2443946C2 RU 2009149096/06 A RU2009149096/06 A RU 2009149096/06A RU 2009149096 A RU2009149096 A RU 2009149096A RU 2443946 C2 RU2443946 C2 RU 2443946C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- receiver
- plane
- radii
- reflector
- 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
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гелиотехники и конструкции создания солнечных модулей с фотоэлектрическими или тепловыми приемниками излучения и стационарными концентраторами, допускающими эксплуатировать модули в неподвижном режиме круглый год.The invention relates to the field of solar technology and the design of creating solar modules with photovoltaic or thermal radiation detectors and stationary concentrators, allowing the modules to be operated in stationary mode all year round.
Известен солнечный модуль (аналог) с концентратором (патент РФ №2191329, опубл. 20.10.2002, Бюл. №29) в котором боковая стенка концентратора выполнена из отражающего кругового цилиндра, сопрягающегося со вторичным круговым цилиндрическим отражателем, расположенным под приемником излучения с двусторонней рабочей поверхностью, причем центры обеих радиусов расположены на общей плоскости, перпендикулярной поверхности входа излучения. Концентратор выполнен асимметричным, но добавление к нему зеркально расположенной копии делает его симметричным ω-образным.A known solar module (analogue) with a concentrator (RF patent No. 2191329, publ. 10/20/2002, Bull. No. 29) in which the side wall of the concentrator is made of a reflective circular cylinder mating with a secondary circular cylindrical reflector located under the radiation receiver with a two-sided working surface, and the centers of both radii are located on a common plane perpendicular to the surface of the radiation input. The hub is asymmetric, but the addition of a mirrored copy to it makes it symmetrical ω-shaped.
Недостатком известного технического решения является то, что концентратор требует постоянного слежения за положением Солнца на небосводе.A disadvantage of the known technical solution is that the concentrator requires constant monitoring of the position of the Sun in the sky.
Известен солнечный модуль (прототип), содержащий плоскость входа излучения, выполненный из разновеликих круговых цилиндрических отражателей, сопряженных по плоскостям, на которые лежат центры окружностей, причем центр бóльшего отражателя с радиусом R лежит на оси симметрии модуля и центры меньших отражателей радиусом r лежит на расстоянии r от оси симметрии ниже плоскости приемника излучения (Д.С.Стребков, Э.В.Тверьянович «Концентраторы солнечного излучения», М., ОНО «Типография Россельхозакадемии», 2007, с.197-198).A known solar module (prototype) containing a radiation inlet plane made of different-sized circular cylindrical reflectors conjugated on planes on which the centers of circles lie, the center of a larger reflector with a radius R lies on the axis of symmetry of the module and the centers of smaller reflectors with a radius r lies at a distance r from the axis of symmetry below the plane of the radiation receiver (D. S. Strebkov, E. V. Tveryanovich "Concentrators of solar radiation", M., ITO "Printing House of the Russian Agricultural Academy, 2007, p.197-198).
Известное техническое решение имеет симметричный профиль концентратора, в пределах ограниченного параметрического угла (±27,5°). Такой модуль может работать в стационарном режиме, для чего требуется расположение его в пространстве следующим образом: плоскость входа должна быть обращена к Югу и расположена под углом широты местности к горизонту, а продольная ось концентратора должна быть ориентирована Запад-Восток.The known technical solution has a symmetrical profile of the concentrator, within a limited parametric angle (± 27.5 °). Such a module can operate in a stationary mode, which requires its location in space as follows: the entrance plane should be facing the South and located at an angle of latitude to the horizontal, and the longitudinal axis of the concentrator should be oriented West-East.
Недостатки известного технического решения следующие:The disadvantages of the known technical solutions are as follows:
- геометрия концентратора, определяемая углами α и β, расположением центров радиусов образующих окружностей, ограничивает работу модуля в стационарном режиме в пределах небольших параметрических углов β (±27,5°), что предполагает использование модуля только при горизонтальном расположении продольной оси (ось модуля ориентирована Запад-Восток), при этом необходима принудительная циркуляция охлаждающей жидкости через горизонтально расположенный приемник излучения, что требует насосного оборудования и дополнительной трубопроводной арматуры, т.к. естественная конвекция при этом в приемнике излучения не происходит;- the geometry of the concentrator, determined by the angles α and β, the location of the centers of the radii of the forming circles, limits the operation of the module in stationary mode within small parametric angles β (± 27.5 °), which implies the use of the module only when the longitudinal axis is horizontal (the axis of the module is oriented West-East), while this requires forced circulation of the coolant through a horizontally located radiation receiver, which requires pumping equipment and additional piping arm tours, as natural convection does not occur in the radiation receiver;
- расположение продольной оси модуля по экваториальной схеме (продольная оси расположена под углом широты местности к горизонтальной плоскости) позволит работать модулю в неподвижном режиме только в пределах 55° (2×27,5), что означает 3 часа 40 мин в течение световых суток, что мало и неприемлемо.- the location of the longitudinal axis of the module according to the equatorial scheme (the longitudinal axis is located at an angle of latitude to the horizontal plane) will allow the module to operate in stationary mode only within 55 ° (2 × 27.5), which means 3 hours 40 minutes during daylight hours, which is small and unacceptable.
Предлагаемое изобретение позволяет решить следующую техническую задачу: дополнительно увеличить концентрацию на приемнике излучения.The present invention allows to solve the following technical problem: to further increase the concentration at the radiation receiver.
1. Для достижения указанного результата солнечный модуль с ω-образным концентратором, состоящий из двух симметричных половин, каждая из которых выполнена из разновеликих круговых цилиндрических отражателей с большим радиусом R и меньшим отражателем радиусом r, и двусторонним фотоэлектрическим или тепловым приемником излучения, расположенным параллельно плоскости входа излучения, причем центр большего радиуса R окружности отражателя лежит на оси симметрии концентратора, и центры меньших радиусов r отражателей лежат в плоскостях сопряжения радиусов R и r на расстоянии r от оси симметрии ниже плоскости приемника излучения. Плоскость входа излучения проходит через центр радиусов R бóльшего отражателя, и толщина приемника излучения составляет 0,2-0,5 r. Фотоэлектрический приемник излучения состоит из прозрачной герметичной оболочки шириной не менее 2r и толщиной 0,2-0,5 r с расположенными внутри солнечными элементами с двусторонней рабочей поверхностью. Тепловой приемник излучения, выполнен виде металлического листа шириной 2r, плотно соединенного с трубой для теплоносителя диаметром 0,2-0,5 r.1. To achieve the indicated result, a solar module with an ω-shaped concentrator, consisting of two symmetric halves, each of which is made of different-sized circular cylindrical reflectors with a large radius R and a smaller reflector with a radius r, and a two-sided photoelectric or thermal radiation detector located parallel to the plane radiation input, and the center of the larger radius R of the circumference of the reflector lies on the axis of symmetry of the concentrator, and the centers of the smaller radii r of the reflectors lie in the mating planes Nia radii R and r at a distance r from the axis of symmetry below the plane of the radiation detector. The radiation input plane passes through the center of the radii R of the larger reflector, and the thickness of the radiation receiver is 0.2-0.5 r. The photoelectric radiation detector consists of a transparent sealed enclosure with a width of at least 2r and a thickness of 0.2-0.5 r with solar cells located inside with a two-sided working surface. The thermal radiation detector is made in the form of a metal sheet 2r wide, tightly connected to a pipe for a coolant with a diameter of 0.2-0.5 r.
Признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, состоят в том, что установка плоскости входа излучения центра радиусов большего отражателя позволяет увеличить площадь поверхности входа излучения модуля и тем самым увеличить концентрацию, при этом становится возможным значительно увеличить параметрический угол концентратора до 60° (часовой угол до 120°), что обеспечит работу концентратора при экваториальной монтировке (продольная ось модуля направлена на полюс Мира) до 8 часов при естественной циркуляции теплоносителя в приемнике излучения. Увеличение толщины приемника излучения обеспечивает гарантированное попадание солнечных лучей, параллельных плоскости входа от стенок большего отражателя с радиусом R на приемник излучения как в фотоэлектрическом варианте использования модуля, так и для тепловых модулей, используемых для нагрева теплоносителя.Signs that distinguish the proposed technical solution from the prototype are that the installation of the radiation input plane of the center of the radii of the larger reflector allows to increase the surface area of the radiation input of the module and thereby increase the concentration, while it becomes possible to significantly increase the concentric angle of the concentrator to 60 ° (hour angle up to 120 °), which will ensure the operation of the concentrator during equatorial mounting (the longitudinal axis of the module is directed to the Pole of the World) up to 8 hours with natural circulation of the heat carrier I'm in a radiation receiver. An increase in the thickness of the radiation receiver ensures that solar rays parallel to the entrance plane from the walls of the larger reflector with radius R reach the radiation receiver both in the photoelectric version of the module and for the thermal modules used to heat the coolant.
На фиг.1 представлено поперечное сечение солнечного модуля со стационарным ω-образным концентратором и схема прохождения солнечных лучей. На фиг.2 показана схема прохождения солнечных лучей для фотоэлектрического модуля. На Фиг.3 показана схема прохождения лучей для теплового модуля.Figure 1 shows the cross section of a solar module with a stationary ω-shaped concentrator and a scheme for the passage of sunlight. Figure 2 shows the scheme of the passage of sunlight for the photovoltaic module. Figure 3 shows the beam pattern for the thermal module.
Солнечный модуль с ω-образным концентратором, состоящий из двух симметричных половин Л и П, каждая из которых выполнена из разновеликих круговых цилиндрических отражателей, один из которых 1 с большим радиусом R, другой 2 - c меньшим радиусом r, и двусторонним фотоэлектрическим или тепловым приемником 3 излучения, расположенным параллельно плоскости входа излучения АБ, причем центр O1 большего радиуса R окружности отражателя 1 лежит на оси симметрии 4 концентратора, и центры О2 и О3 меньших радиусов r отражателей 2 лежат в плоскостях сопряжения 5 и 6 радиусов R и r на расстоянии r от оси симметрии 4 ниже плоскости приемника излучения 3. Плоскость АБ входа излучения проходит через центр O1 радиусов R бóльшего отражателя, и толщина S приемника излучения составляет 0,2-0,5 r. Таким образом, отражатели 1 и 2 радиусов R и r имеют точки сопряжения а и а' на плоскостях сопряжения 5 и 6.A solar module with an ω-shaped concentrator, consisting of two symmetric halves A and P, each of which is made of different-sized circular cylindrical reflectors, one of which is 1 with a large radius R, the other 2 with a smaller radius r, and a two-sided photoelectric or
Фотоэлектрический приемник 3 излучения состоит из прозрачной герметичной оболочки 7 шириной не менее 2r и толщиной S 0,2-0,5 r, с расположенными внутри солнечными элементами 8 с двусторонней рабочей поверхностью.The
Тепловой приемник 3 излучения выполнен виде металлического листа 9 шириной 2r, плотно соединенного с трубой 10 для теплоносителя диаметром 0,2-0,5 r.The
Кроме того, на фиг.1 изображено: параметрические углы β; лучи Л1, Л2, Л3, Л4 в виде стрелок, демонстрирующие работу модуля. Параметрические углы β соответствуют максимальным отклонениям приходящего светового потока от оси симметрии 4.In addition, figure 1 shows: parametric angles β; rays L 1 , L 2 , L 3 , L 4 in the form of arrows, showing the operation of the module. The parametric angles β correspond to the maximum deviations of the incoming light flux from the axis of symmetry 4.
Работает модуль следующим образом. Солнечный луч Л1 (фиг.1, 2) приходит на край поверхности входа АБ концентратора и попадает на верхнюю поверхность приемника излучения 3. Луч Л2 приходит в зону концентратора, где отраженные лучи параллельны плоскости приемника 3, но в следствии того, что приемник 3 имеет толщину, равную 0,3-0,5 r, лучи попадут в торец приемника. Если модуль предназначен для фотоэлектрического преобразования, то приемник состоит из прозрачной оболочки 7, заполненной охлаждающей жидкостью, которая омывает солнечные элементы 8, имеющие рабочие поверхности с двух сторон (сверху и снизу). Солнечное излучение, попавшее в торец приемника, пройдет внутрь к солнечным элементам, т.к. охлаждающая жидкость тоже должна быть прозрачной.The module works as follows. The sunbeam L 1 (Fig. 1, 2) comes to the edge of the input surface of the AB concentrator and hits the upper surface of the
Луч Л3, пришедший в другой край концентратора, отразится от поверхности большего отражателя с радиусом R и попадет на поверхность приемника излучения 3 сверху. Луч Л4, пришедший на поверхность входа АБ под углом β2<β1, отражается от поверхности отражателя с радиусом R, затем отражается от поверхности радиуса r и попадает на прозрачную оболочку 7, затем на солнечные элементы 8 снизу.Beam L 3 arriving at the other end of the concentrator will be reflected from the surface of a larger reflector with radius R and will hit the surface of
На фиг.3 показан ход луча для солнечного модуля, предназначенного для нагрева теплоносителя, при этом приемник излучения может быть выполнен в виде металлического листа 9 шириной 2r, плотно соединенного с трубой 10 для теплоносителя диаметром 0,2-0,5 r. Таким образом, зазор для лучей, параллельных плоскости приемника, перекрывает труба с теплоносителем толщиной 0,2-0,5 r.Figure 3 shows the beam path for a solar module designed to heat the coolant, while the radiation receiver can be made in the form of a
Можно показать, что концентрация излучения К подсчитывается по формулеIt can be shown that the radiation concentration K is calculated by the formula
Для параметрических углов β=27,5°, 45°, 60° концентрация излучения составит соответственно К=3,16; 3; 2,15. Таким образом, предлагаемый концентратор при β=27,5° имеет концентрацию излучения на 10% выше, чем у прототипа (К=2,9).For parametric angles β = 27.5 °, 45 °, 60 °, the radiation concentration will be respectively K = 3.16; 3; 2.15. Thus, the proposed hub at β = 27.5 ° has a radiation concentration of 10% higher than that of the prototype (K = 2.9).
Преимущества предлагаемого модуля состоят в том, он имеет более высокую концентрацию излучения при больших (±60°) параметрических углах β, он может устанавливаться по экваториальной схеме, когда продольная ось модуля установлена под углом широты местности, при этом в приемнике излучения охлаждающая жидкость будет циркулировать по законам свободной конвекции, поднимаясь вверх под действием нагрева без дополнительных насосов, что значительно снизит стоимость солнечной установки, уменьшит эксплуатационные расходы. При этом время работы модуля составит 120°/15 град/ч = 8 часов, при концентрации излучения 2.15.The advantages of the proposed module are that it has a higher radiation concentration at large (± 60 °) parametric angles β, it can be installed according to the equatorial scheme, when the longitudinal axis of the module is installed at an angle of latitude, while the cooling fluid will circulate in the radiation receiver according to the laws of free convection, rising up under the action of heating without additional pumps, which will significantly reduce the cost of a solar installation, reduce operating costs. In this case, the module’s operating time will be 120 ° / 15 deg / h = 8 hours, with a radiation concentration of 2.15.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149096/06A RU2443946C2 (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149096/06A RU2443946C2 (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009149096A RU2009149096A (en) | 2011-07-10 |
RU2443946C2 true RU2443946C2 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=44739930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009149096/06A RU2443946C2 (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2443946C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1343208A1 (en) * | 1986-03-26 | 1987-10-07 | Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова | Solar collector |
DE19649988A1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-05-20 | Nikolai Dipl Ing Ustinow | Mirror for concentrating sun's rays on small focus |
RU2311701C1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-11-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar plant with concentrator (alternatives) |
RU2338128C1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-11-10 | Российская академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar station with concentrator |
-
2009
- 2009-12-30 RU RU2009149096/06A patent/RU2443946C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1343208A1 (en) * | 1986-03-26 | 1987-10-07 | Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова | Solar collector |
DE19649988A1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-05-20 | Nikolai Dipl Ing Ustinow | Mirror for concentrating sun's rays on small focus |
RU2311701C1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-11-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar plant with concentrator (alternatives) |
RU2338128C1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-11-10 | Российская академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar station with concentrator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009149096A (en) | 2011-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10345008B2 (en) | Solar thermal concentrator apparatus, system, and method | |
US7763840B2 (en) | Radiant energy collector | |
Nkwetta et al. | Optical evaluation and analysis of an internal low-concentrated evacuated tube heat pipe solar collector for powering solar air-conditioning systems | |
Xu et al. | Effects of deformation of cylindrical compound parabolic concentrator (CPC) on concentration characteristics | |
CN104236122A (en) | Optimized layout method for mirror field of linear Fresnel concentration system | |
RU2011122751A (en) | SUNNY CONCENTRATOR MODULE (OPTIONS) | |
Yan et al. | Study on the optical performance of novel dish solar concentrator formed by rotating array of plane mirrors with the same size | |
Kaiyan et al. | An imaging compounding parabolic concentrator | |
Xu et al. | Compound parabolic concentrators in solar thermal applications: a review | |
RU2443946C2 (en) | SOLAR MODULE WITH FIXED ω-SHAPED CONCENTRATOR | |
CN102842631B (en) | Salar light-gathering electric heating alliance module | |
RU2366867C1 (en) | Solar module with stationary concentrate | |
CN205037606U (en) | Slot type spotlight type solar vacuum heat collection tube | |
CN110375444B (en) | Solar reflecting plate capable of preventing summer overheat | |
RU2576752C2 (en) | Solar module with concentrator | |
Akhter et al. | Design and optical modeling of a low-profile stationary concentrating solar collector for medium temperature heat supply | |
CN103792650A (en) | Funnel-shaped optical energy current density multiplier | |
CN209842116U (en) | Light-gathering prism | |
CN108253636B (en) | High-temperature heat absorber based on compound parabolic condenser | |
CN101968271B (en) | Parabolic cylindrical surface light concentration hollow concave closed cavity light collection solar water heater | |
CN101976981B (en) | Solar power generating device with secondary reflection parabolic cylinder for collecting light and plane for daylighting | |
US11692740B2 (en) | Double point-focusing solar energy collection apparatus | |
RU2172451C1 (en) | Solar module with concentrator (alternatives) | |
WO2011014688A2 (en) | Solar concentrator for use with a bi-facial cell | |
KR20030012754A (en) | Solar Compound parabolic concentrator having a flat plate glass |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131231 |