WO2015122865A2 - Solar energy concentrator - Google Patents
Solar energy concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015122865A2 WO2015122865A2 PCT/UA2015/000033 UA2015000033W WO2015122865A2 WO 2015122865 A2 WO2015122865 A2 WO 2015122865A2 UA 2015000033 W UA2015000033 W UA 2015000033W WO 2015122865 A2 WO2015122865 A2 WO 2015122865A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- concentrator
- solar energy
- facets
- cylindrical surface
- radiation receiver
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S2023/83—Other shapes
- F24S2023/832—Other shapes curved
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S2023/87—Reflectors layout
- F24S2023/872—Assemblies of spaced reflective elements on common support, e.g. Fresnel reflectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S2023/87—Reflectors layout
- F24S2023/878—Assemblies of spaced reflective elements in the form of grids, e.g. vertical or inclined reflective elements extending over heat absorbing elements
-
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- 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
Definitions
- the invention relates to the field of use of solar heat and can be used to convert solar energy into mechanical, thermal or electrical energy in various fields of technology, as well as in everyday life, in particular, for heating water, space heating, cooking.
- a disadvantage of the known device, as well as the previous one, is a rather high windage, since the slit-like gaps between the reflecting elements have a small area compared to the area of the entire concentrator and cannot be sufficiently increased due to defocusing of solar energy. This also necessitates the use of powerful supporting structures, both the concentrator itself and the tracking system for the position of the Sun.
- a solar energy concentrator including a support structure, in the fixing seats of which are light-reflecting facets that form a cylindrical surface and concentrate solar energy on an extended radiation detector located along the axis of the cylindrical surface
- the cylindrical surface of the concentrator made in the form of a closed cylindrical surface, while the reflecting facets are located along a closed curve of the cylinder eskoy surface with a variable angle thereto, providing a maximum concentration of solar energy on an extended radiation receiver, and with gaps between the reflecting facets, the total area of which equals or exceeds the hub aperture.
- the execution of the surface of the concentrator in the form of a closed cylindrical surface leads to the fact that, while maintaining the same aperture of the concentrator as that of the closest analogue, large gaps can be formed between the reflecting facets, almost the width of the facet. This sharply reduces the windage of the concentrator, since the wind flow has the ability to almost seamlessly pass through the concentrator. Since gaps have formed between the facets, to ensure the maximum concentration of solar energy (not less than that of the analogue), they must be placed along a closed cylindrical surface at variable angles to it. The location of the facet with a variable angle allows you to change the distribution of solar power in the focal band in accordance with the geometric dimensions and shape of the radiation receiver, providing the maximum level of energy collection.
- the transverse dimension of the extended radiation receiver cannot be smaller than the width of the facet. For otherwise, the receiver will not be able to absorb all the energy collected by the facet, which will lead to a decrease in the efficiency of the concentrator. If the facets are made in the form of cylindrical surfaces, then in this case they will focus solar energy on the receiver, and its transverse size, as well as its weight, can be reduced several times. The greatest effect will be achieved if the radius of curvature of the cylindrical facet surface is twice as large as the distance between this facet and the radiation receiver.
- the reflecting facets are made in the form of diffraction gratings, then in this case it becomes possible to influence the spectral composition of concentrated energy and the possibility of separate use of different parts of the spectrum of solar radiation. For example, use the infrared portion of the spectrum to heat the coolant, the portion of visible light to generate electricity using photovoltaic panels, and ultraviolet radiation for disinfection and disinfection of water. And all this in one device.
Abstract
A solar energy concentrator relates to the field of solar heat utilization and can be used for converting solar energy into mechanical, thermal or electrical energy in various technical fields, and in a domestic environment, specifically for heating water, heating rooms, and preparing food. The invention aims to reduce a wind load on elements of the concentrator, to reduce the weight of and the amount of materials used in bearing structures, such as the concentrator itself and a system for tracking the position of the sun, and also aims to prevent the risk of harming surrounding objects, birds, animals and humans. The aim is achieved in that a solar energy concentrator includes a support structure having securing installation areas which are provided with light-reflecting facets, said facets forming a cylindrical surface and concentrating solar energy onto an extended radiation receiver located along the axis of the cylindrical surface; the cylindrical surface of the concentrator is in the form of a closed cylindrical surface; the facets are provided along a closed curve of the cylindrical surface with a varying angle relative to same, thus providing for a maximum concentration of solar energy on the extended radiation receiver, and with gaps between the reflective facets, the total area of which is equal to or exceeds that of the aperture of the concentrator. Reflective facets located on one side of the concentrator can be provided opposite to the gaps between reflective facets located on the other side of the concentrator, and the reflective facets can be in the form of cylindrical surfaces, the radius of the curvature of which is twice as large as the distance between a facet and the radiation receiver. In certain embodiments of the concentrator the reflective facets can be in the form of diffraction gratings or holograms. As a result, the radiation receiver, which is located in the center of symmetry of the concentrator, does not require a mechanical connection to the concentrator, thus allowing for using heavy and bulky receivers, such as a steam boiler, while maintaining a maximally light and wind-resistant concentrator structure, the control of which requires an insignificant amount of energy.
Description
Концентратор солнечной энергии Solar power concentrator
Изобретение относится к области использования солнечного тепла и может быть применено для преобразования солнечной энергии в механическую, тепловую или электрическую энергию в различных областях техники, а так же в быту, в частности, для подогрева воды, отопления помещений, приготовления пищи. The invention relates to the field of use of solar heat and can be used to convert solar energy into mechanical, thermal or electrical energy in various fields of technology, as well as in everyday life, in particular, for heating water, space heating, cooking.
Известно использование для концентрации солнечной энергии сплошных параболоцилиндрических зеркал (Патент России 2300058 МКИ F24J2/14 от 27.05.2007г. «Параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии с абсорбером и системой слежения за солнцем»). It is known to use solid parabolic cylindrical mirrors for the concentration of solar energy (Russian Patent 2300058 MKI F24J2 / 14 dated 05/27/2007. "Parabolic cylindrical solar energy concentrator with an absorber and a tracking system for the sun").
Такие системы позволяют сконцентрировать в фокальной области солнечную энергию большой мощности, но при этом обладают высокой парусностью, что требует использования мощных несущих конструкций, и, как следствие, значительных затрат энергии на обеспечение слежения концентратора за положением Солнца. Кроме того, при порывах ветра система слежения может не справляться с нагрузками, и мощный поток энергии выходит за пределы приемника излучения, и может нанести вред окружающим предметам, птицам, животным и человеку. Such systems make it possible to concentrate solar energy of high power in the focal region, but at the same time they have high windage, which requires the use of powerful load-bearing structures, and, as a result, significant energy expenditures for ensuring the tracking of the concentrator over the position of the Sun. In addition, with gusts of wind, the tracking system may not cope with the loads, and a powerful flow of energy goes beyond the limits of the radiation receiver, and can harm surrounding objects, birds, animals and humans.
Известен концентратор солнечной энергии (Авторское свидетельство СССР Ν°1633238, F24J2/10, 1991 ) с плоскими отражающими элементами, которые опираются на направляющие в виде параболоцилиндрической поверхности. A well-known solar energy concentrator (USSR Author's Certificate Ν ° 1633238, F24J2 / 10, 1991) with flat reflecting elements that rely on guides in the form of a para-cylindrical surface.
Недостатком известного устройства, как и предыдущего, является достаточно высокая парусность, так как щелеобразные промежутки между отражающими элементами имеют незначительную площадь по сравнению с площадью всего концентратора и не могут быть достаточно увеличены из-за расфокусировки солнечной энергии. При этом также возникает необходимость использования мощных опорных конструкций, как самого концентратора, так и системы слежения за положением Солнца. A disadvantage of the known device, as well as the previous one, is a rather high windage, since the slit-like gaps between the reflecting elements have a small area compared to the area of the entire concentrator and cannot be sufficiently increased due to defocusing of solar energy. This also necessitates the use of powerful supporting structures, both the concentrator itself and the tracking system for the position of the Sun.
Наиболее близким по технической сущности, является концентратор солнечной энергии (патент РФ 2188364 F24J2/14 от 27.08.2002г.), включающий опорную конструкцию, в фиксирующих посадочных местах которой расположены отражающие свет фацеты, которые образуют цилиндрическую поверхность и концентрируют солнечную энергию на протяженный приемник излучения, расположенный вдоль оси цилиндрической поверхности. The closest in technical essence is a solar energy concentrator (RF patent 2188364 F24J2 / 14 dated 08.27.2002), including a support structure, in the fixing seats of which are light-reflecting facets that form a cylindrical surface and concentrate solar energy on an extended radiation detector located along the axis of the cylindrical surface.
Указанный концентратор также имеет высокую парусность, так как площадь щелевых промежутков между фацетами, как и в вышеприведенных аналогах, составляет
малую часть по сравнению с площадью концентратора. Это также приводит к тому, что необходимо использовать тяжелые и материалоемкие несущие конструкции, как самого концентратора, так и системы слежения за положением Солнца. Кроме того, конструктивные особенности известного концентратора не устраняют опасности нанесения вреда окружающим предметам, птицам, животным и человеку в случае сильных порывов ветра или выхода из строя системы слежения, так как мощный поток энергии в этом случае неконтролируемо выходит за пределы приемника излучения. The specified hub also has a high windage, since the area of the gap gaps between the facets, as in the above analogues, is a small part compared with the area of the hub. This also leads to the fact that it is necessary to use heavy and material-intensive load-bearing structures, both of the concentrator itself and of the tracking system for the position of the Sun. In addition, the design features of the known concentrator do not eliminate the danger of harming surrounding objects, birds, animals and humans in the event of strong gusts of wind or a failure of the tracking system, since the powerful energy flow in this case uncontrollably goes beyond the limits of the radiation receiver.
В основу изобретения поставлена задача уменьшения ветровой нагрузки на элементы концентратора, уменьшения веса и материалоемкости несущих конструкций, как самого концентратора, так и системы слежения за положением Солнца, а также устранение опасности нанесения вреда окружающим предметам, птицам, животным и человеку. The basis of the invention is the task of reducing the wind load on the elements of the concentrator, reducing the weight and material consumption of the supporting structures, both the concentrator itself and the tracking system for the position of the Sun, as well as eliminating the risk of harm to surrounding objects, birds, animals and humans.
Поставленная задача решается тем, что в концентраторе солнечной энергии, включающем опорную конструкцию, в фиксирующих посадочных местах которой расположены отражающие свет фацеты, которые образуют цилиндрическую поверхность и концентрируют солнечную энергию на протяженный приемник излучения, расположенный вдоль оси цилиндрической поверхности, согласно изобретения, цилиндрическая поверхность концентратора выполнена в форме замкнутой цилиндрической поверхности, при этом отражающие фацеты расположены по замкнутой кривой цилиндрической поверхности с переменным углом к ней, обеспечивая максимальную концентрацию солнечной энергии на протяженном приемнике излучения, и с промежутками между отражающими фацетами, суммарная площадь которых равна или превышает апертуру концентратора. The problem is solved in that in a solar energy concentrator including a support structure, in the fixing seats of which are light-reflecting facets that form a cylindrical surface and concentrate solar energy on an extended radiation detector located along the axis of the cylindrical surface, according to the invention, the cylindrical surface of the concentrator made in the form of a closed cylindrical surface, while the reflecting facets are located along a closed curve of the cylinder eskoy surface with a variable angle thereto, providing a maximum concentration of solar energy on an extended radiation receiver, and with gaps between the reflecting facets, the total area of which equals or exceeds the hub aperture.
Выполнение поверхности концентратора в виде замкнутой цилиндрической поверхности приводит к тому, что при сохранении одной и той же апертуры концентратора, что и у ближайшего аналога, между отражающими фацетами можно образовать большие промежутки, почти на ширину фацеты. Это резко уменьшает парусность концентратора, так как поток ветра имеет возможность почти беспрепятственно пройти сквозь концентратор. Поскольку между фацетами образовались промежутки, то для обеспечения максимальной концентрации солнечной энергии (не меньшей чем у аналога) их необходимо располагать вдоль замкнутой цилиндрической поверхности под переменными углами к ней. Расположение фацет с переменным углом, позволяет изменять распределение мощности солнечной энергии в фокальной полосе в соответствии с геометрическими размерами и формой приемника излучения, обеспечивая максимальный уровень сбора энергии. Кроме того, изменяя углы отражающих фацет
относительно фокальной полосы, можно изменять положение фокальной полосы, располагая ее или по центру цилиндрической опорной конструкции, или смещая в ту или иную сторону. Это расширяет функциональные возможности концентратора, так как для любого приемника можно создать оптимальное распределение мощности, что обеспечит максимальный коэффициент преобразования солнечной энергии. Расположение отражающих элементов с одной стороны фокальной плоскости, напротив промежутков между отражающими элементами, расположенными с другой стороны фокальной плоскости, обеспечивает максимальную степень сбора энергии. The execution of the surface of the concentrator in the form of a closed cylindrical surface leads to the fact that, while maintaining the same aperture of the concentrator as that of the closest analogue, large gaps can be formed between the reflecting facets, almost the width of the facet. This sharply reduces the windage of the concentrator, since the wind flow has the ability to almost seamlessly pass through the concentrator. Since gaps have formed between the facets, to ensure the maximum concentration of solar energy (not less than that of the analogue), they must be placed along a closed cylindrical surface at variable angles to it. The location of the facet with a variable angle allows you to change the distribution of solar power in the focal band in accordance with the geometric dimensions and shape of the radiation receiver, providing the maximum level of energy collection. In addition, changing the angles of the reflecting facets relative to the focal strip, you can change the position of the focal strip, placing it either in the center of the cylindrical supporting structure, or shifting to one side or another. This extends the functionality of the concentrator, since for any receiver it is possible to create an optimal power distribution, which will ensure the maximum solar energy conversion coefficient. The location of the reflective elements on one side of the focal plane, opposite the gaps between the reflective elements located on the other side of the focal plane, provides the maximum degree of energy collection.
Если отражающие фацеты, которые находятся с одной стороны концентратора, расположить напротив промежутков между отражающими фацетами, расположенными с другой стороны концентратора, то в этом случае концентратор будет собирать наибольшее количество солнечной энергии, поскольку фацеты не будут затенять друг друга. Т.е., ни один квант солнечной энергии, который попал в апертуру, не пройдет мимо отражающих фацет концентратора и обязательно попадет на приемник излучения. При этом даже появляется возможность почти вдвое уменьшить общую толщину концентратора при сохранении прежней апертуры. В результате форма концентратора из чашеобразной, которую имеет ближайший аналог, превращается в симметричную и хорошо обтекаемую ветром форму сплющенного цилиндра. Суммарная площадь промежутков между отражающими фацетами может быть равной или даже превышать площадь входной апертуры концентратора. If the reflecting facets that are on one side of the concentrator are positioned opposite the gaps between the reflecting facets located on the other side of the concentrator, then the concentrator will collect the largest amount of solar energy, since the facets will not obscure each other. That is, not a single quantum of solar energy that has hit the aperture will pass by the reflecting facet of the concentrator and will certainly hit the radiation receiver. In this case, it even becomes possible to almost halve the total thickness of the concentrator while maintaining the same aperture. As a result, the shape of the concentrator from the cup-shaped, which has the closest analogue, turns into a symmetrical and well-streamlined shape of a flattened cylinder. The total area of the gaps between the reflecting facets may be equal to or even exceed the area of the input aperture of the concentrator.
Если фацеты выполнены плоскими и одинаковой ширины, то поперечный размер протяженного приемника излучения не может быть меньшим, чем ширина фацеты. Ибо в противном случае приемник не сможет поглотить всю собранную фацетом энергию, что приведет к снижению эффективности концентратора. Если фацеты изготовить в виде цилиндрических поверхностей, то в этом случае они будут фокусировать солнечную энергию на приемник, и его поперечный размер, а также и вес можно будет уменьшить в несколько раз. Наибольший эффект будет достигнут если радиус кривизны цилиндрической поверхности фацета будет вдвое большим, чем расстояние между этим фацетом и приемником излучения. If the facets are made flat and of the same width, then the transverse dimension of the extended radiation receiver cannot be smaller than the width of the facet. For otherwise, the receiver will not be able to absorb all the energy collected by the facet, which will lead to a decrease in the efficiency of the concentrator. If the facets are made in the form of cylindrical surfaces, then in this case they will focus solar energy on the receiver, and its transverse size, as well as its weight, can be reduced several times. The greatest effect will be achieved if the radius of curvature of the cylindrical facet surface is twice as large as the distance between this facet and the radiation receiver.
Если отражающие фацеты выполнены в виде дифракционных решеток, то в этом случае появляется возможность влиять на спектральный состав сконцентрированной энергии и возможность раздельного использования разных частей спектра солнечного излучения. Например, инфракрасный участок спектра использовать для нагрева теплоносителя, участок видимого света для генерации электричества с помощью
фотовольтаических панелей, а ультрафиолетовое излучение для дезинфекции и обеззаражения воды. И все это в одном устройстве. If the reflecting facets are made in the form of diffraction gratings, then in this case it becomes possible to influence the spectral composition of concentrated energy and the possibility of separate use of different parts of the spectrum of solar radiation. For example, use the infrared portion of the spectrum to heat the coolant, the portion of visible light to generate electricity using photovoltaic panels, and ultraviolet radiation for disinfection and disinfection of water. And all this in one device.
Если отражающие фацеты выполнены в виде голограмм, то в этом случае появляется возможность не только влиять на спектральный состав сконцентрированной энергии, но и произвольным образом изменять место и форму ее локализации. Это значительно расширяет функциональные возможности концентратора и сферы его использования. If the reflecting facets are made in the form of holograms, then in this case it becomes possible not only to influence the spectral composition of the concentrated energy, but also to arbitrarily change the place and shape of its localization. This greatly expands the functionality of the hub and its scope.
Отличительные признаки изобретения обеспечивают возможность формировать фокальную область излучения в геометрическом центре симметрии, и в центре его тяжести одновременно. Это приводит к существенному облегчению конструкции системы слежения и уменьшению затрат энергии на управление положением концентратора относительно Солнца. Кроме того, приемник, находящийся в центре симметрии концентратора, не требует механической связи с концентратором, что позволяет использовать тяжелые и громоздкие приемники, например, паровой котел или сложные преобразователи с системами водяного охлаждения при облегченной конструкции концентратора, например, в виде ажурной симметричной сбалансированной ветроустойчивой конструкции, на управление которой расходуется незначительная энергия. Distinctive features of the invention provide the ability to form the focal region of radiation in the geometric center of symmetry, and in the center of gravity at the same time. This leads to a significant simplification of the design of the tracking system and a reduction in energy costs for controlling the position of the concentrator relative to the Sun. In addition, the receiver located in the center of symmetry of the hub does not require mechanical connection with the hub, which allows the use of heavy and bulky receivers, for example, a steam boiler or complex transducers with water cooling systems with a lightweight design of the hub, for example, in the form of a symmetrical openwork balanced wind-resistant design, the management of which consumes negligible energy.
Тот факт, что фокальная область, в которой сосредоточена большая тепловая энергия, находится внутри концентратора, полностью исключает всякую возможность даже случайного попадания в нее посторонних предметов, птиц, животных и людей. Кроме того, при выходе из строя системы слежения и смещении Солнца от оптической оси, сконцентрированная энергия не выходит за пределы концентратора, а распадается на отдельные потоки от каждого отражающего фацета. Энергия этих потоков не велика и не может нанести вред ни элементам концентратора, ни окружающим предметам, птицам, животным и человеку. The fact that the focal region, in which large thermal energy is concentrated, is located inside the concentrator, completely eliminates the possibility of even accidental contact with foreign objects, birds, animals and people. In addition, when the tracking system fails and the Sun moves from the optical axis, the concentrated energy does not go beyond the concentrator, but breaks up into separate streams from each reflecting facet. The energy of these flows is not large and can not harm either the elements of the concentrator or the surrounding objects, birds, animals and humans.
Таким образом, приведенная выше причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом не является очевидной для среднего специалиста, не известна из уровня техники, что свидетельствует о том, что предложенное нами изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Thus, the above causal relationship between the set of essential features of the invention and the technical result is not obvious to the average specialist, is not known from the prior art, which indicates that our invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображены цилиндрические опорные конструкции 1, отражающие фацеты 2, находящиеся перед фокальной полосой, отражающие фацеты 3, находящиеся за фокальной полосой, приемник 4 солнечной
энергии, поток 5 солнечной энергии и проекция плоскости 6, в которой лежит фокальная полоса. The invention is illustrated by the drawing, which shows a cylindrical supporting structure 1, reflecting facets 2 located in front of the focal strip, reflecting facets 3 located behind the focal strip, the receiver 4 is solar energy, the flow of 5 solar energy and the projection of the plane 6, in which the focal band lies.
Работает концентратор солнечной энергии следующим образом. Ориентируют солнечный концентратор так, чтобы плоскость 6( в которой лежит фокальная полоса, была перпендикулярна потоку 5 солнечной энергии. Тогда поток 5 солнечной энергии, достигший отражающих фацет 2, отражается от них и направляется на приемник 4 солнечной энергии. Поток 5 солнечной энергии, который прошел через промежутки между отражающими фацетами 2, попадает на отражающие фацеты 3, отражается от них и тоже направляется на приемник 4 солнечной энергии. Таким образом, весь поток солнечной энергии, попавший в апертуру концентратора, направляется на приемник 4 солнечной энергии. The concentrator of solar energy operates as follows. Orient the solar concentrator so that the plane 6 ( in which the focal strip lies, is perpendicular to the solar energy stream 5. Then the solar energy stream 5, having reached the reflecting facet 2, is reflected from them and is directed to the solar energy receiver 4. The solar energy stream 5, which passed through the gaps between the reflecting facets 2, gets on the reflecting facets 3, is reflected from them and is also sent to the solar energy receiver 4. Thus, the entire flow of solar energy entering the aperture of the concentrator, for example S THE on the receiver 4 of the solar energy.
При изменении угла солнечного концентратора по отношению к потоку солнечной энергии, происходит с одной стороны, затенение отражающих фацет 3 отражающими фацетами 2, а с другой стороны, на приемник 4 солнечной энергии попадает меньший поток от отражающих фацет 2. В результате, фокальная полоса плавно размывается. Это очень важное свойство для систем, где необходимо в течение длительного времени поддерживать постоянную температуру, например, в солнечном опреснителе. И, кроме того, солнечное излучение выходит за пределы концентратора ослабленным и не может нанести вред окружающим предметам, птицам, животным и человеку. When the angle of the solar concentrator with respect to the flow of solar energy changes, shading of the reflecting facets 3 with reflecting facets 2 occurs, and on the other hand, a smaller stream from the reflecting facets 2 gets onto the solar energy receiver 4. As a result, the focal band is smoothly blurred . This is a very important property for systems where it is necessary to maintain a constant temperature for a long time, for example, in a solar desalination plant. And, in addition, solar radiation goes beyond the limits of the concentrator weakened and can not harm surrounding objects, birds, animals and humans.
В одном из вариантов изготовления концентратора солнечной энергии, цилиндрические опорные конструкции 1 изготовлены в количестве 4-х штук из листового прозрачного акрила толщиной 3 мм, в которых для фиксации отражающих фацет 2 и 3 сделаны пропилы. Отражающие элементы 2 и 3 изготовлены из зеркального листового полистирола толщиной 3 мм, имеющего в видимом диапазоне коэффициент отражения 0,75-0,85. В качестве приемника 4 солнечной энергии использована вакуумная трубка длиной 85см. Размер концентратора 0,77x0,75 метра, вес 4,4 кг и тепловая мощность 500 Вт. In one of the options for manufacturing a solar energy concentrator, cylindrical supporting structures 1 are made in the amount of 4 pieces of sheet transparent acrylic 3 mm thick, in which cuts were made to fix the reflecting facets 2 and 3. Reflecting elements 2 and 3 are made of mirror sheet polystyrene with a thickness of 3 mm, having a reflection coefficient of 0.75-0.85 in the visible range. As a receiver 4 of solar energy, a vacuum tube 85cm long was used. The size of the concentrator is 0.77x0.75 meters, the weight is 4.4 kg and the thermal power is 500 watts.
В другом варианте исполнения концентратора солнечной энергии цилиндрические опорные конструкции 1 изготовлены из композиционного материала (полистирол с двух сторон ламинированный алюминиевой фольгой) толщиной Змм в количестве 8 штук.. Отражающие фацеты 2 и 3 выполнены из зеркального алюминия толщиной 0,4мм, и имеющего коэффициент отражения 0,92 - 0,95. В качестве приемника 4 солнечной энергии использована вакуумная трубка длиной 180см. Размер концентратора 1,75x0,8 метра, вес 10,5кг и тепловая мощность 1 кВт.
Таким образом, предложенное нами техническое решение соответствует всем критериям охраноспособного изобретения, так как обладает мировой новизной, высоким изобретательский уровнем, не является очевидным для специалиста в данной области, и промышленно применимо.
In another embodiment of the solar energy concentrator, the cylindrical support structures 1 are made of composite material (polystyrene laminated on both sides with aluminum foil) of a thickness of 8 mm in the amount of 8 pieces. Reflecting facets 2 and 3 are made of mirror aluminum with a thickness of 0.4 mm and having a reflection coefficient 0.92 - 0.95. As the receiver 4 of solar energy, a vacuum tube 180 cm long was used. The size of the hub is 1.75x0.8 meters, weight 10.5 kg and thermal power 1 kW. Thus, the proposed technical solution meets all the criteria of a protected invention, since it has a world novelty, a high inventive step, is not obvious to a specialist in this field, and is industrially applicable.
Claims
1. Концентратор солнечной энергии, включающий опорную конструкцию, в фиксирующих посадочных местах которой расположены отражающие свет фацеты, которые образуют цилиндрическую поверхность и концентрируют солнечную энергию на протяженный приемник излучения, расположенный вдоль оси цилиндрической поверхности, отличается тем, что цилиндрическая поверхность концентратора выполнена в форме замкнутой цилиндрической поверхности, при этом отражающие фацеты расположены по замкнутой кривой цилиндрической поверхности с переменным углом к ней, обеспечивая максимальную концентрацию солнечной энергии на протяженном приемнике излучения, и с промежутками между отражающими фацетами, суммарная площадь которых равна или превышает апертуру концентратора. 1. The solar energy concentrator, including the supporting structure, in the fixing seats of which are light-reflecting facets that form a cylindrical surface and concentrate solar energy on an extended radiation receiver located along the axis of the cylindrical surface, characterized in that the cylindrical surface of the concentrator is made in the form of a closed a cylindrical surface, while the reflecting facets are located along a closed curve of the cylindrical surface with a variable angle to d, providing the maximum concentration of solar energy on an extended radiation detector, and with gaps between the reflecting facets, the total area of which is equal to or greater than the aperture of the concentrator.
2. Концентратор солнечной энергии по п.1 , отличающийся тем, что о ажающие фацеты, которые находятся с одной стороны концентратора, расположены напротив промежутков между отражающими фацетами, которые находятся с другой стороны концентратора. 2. The solar energy concentrator according to claim 1, characterized in that the pressing facets that are on one side of the concentrator are located opposite the gaps between the reflecting facets that are on the other side of the concentrator.
3. Концентратор солнечной энергии по п.1 , отличающийся тем, что отражающие фацеты выполнены в виде цилиндрических поверхностей, радиус кривизны которых в два раза больше, чем расстояние фацеты до приемника излучения. 3. The solar energy concentrator according to claim 1, characterized in that the reflecting facets are made in the form of cylindrical surfaces, the radius of curvature of which is two times greater than the distance of the facet to the radiation receiver.
4. Концентратор солнечной энергии по п.1 , отличающийся тем, что отражающие фацеты выполнены в виде дифракционных решеток. 4. The solar energy concentrator according to claim 1, characterized in that the reflecting facets are made in the form of diffraction gratings.
5. Концентратор солнечной энергии по п.1, отличающийся тем, что отражающие фацеты выполнены в виде голограмм.
5. The solar energy concentrator according to claim 1, characterized in that the reflecting facets are made in the form of holograms.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201501037A EA028239B1 (en) | 2014-02-12 | 2015-04-10 | Solar energy concentrator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201401393A UA108571C2 (en) | 2014-02-12 | 2014-02-12 | Solar concentrator |
| UAA201401393 | 2014-02-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015122865A2 true WO2015122865A2 (en) | 2015-08-20 |
| WO2015122865A3 WO2015122865A3 (en) | 2015-11-26 |
Family
ID=53674471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2015/000033 WO2015122865A2 (en) | 2014-02-12 | 2015-04-10 | Solar energy concentrator |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA108571C2 (en) |
| WO (1) | WO2015122865A2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4136671A (en) * | 1977-03-24 | 1979-01-30 | Whiteford Carl L | Electromagnetic radiation reflector |
| AT505075B1 (en) * | 2007-03-30 | 2009-01-15 | Hoefler Johannes | INFLATABLE SUN COLLECTOR |
| ES2336413B1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-10-25 | Alucoil, S.A. | PLATE FOR THERMOSOLAR COLLECTORS. |
-
2014
- 2014-02-12 UA UAA201401393A patent/UA108571C2/en unknown
-
2015
- 2015-04-10 WO PCT/UA2015/000033 patent/WO2015122865A2/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015122865A3 (en) | 2015-11-26 |
| UA108571C2 (en) | 2015-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2003259804B2 (en) | Concentrating solar energy receiver | |
| US7763840B2 (en) | Radiant energy collector | |
| US20160327311A1 (en) | Solar thermal concentrator apparatus, system, and method | |
| US20090185302A1 (en) | Light concentrator structures and methods | |
| WO2010067370A3 (en) | Solar concentrator systems | |
| WO2010026437A3 (en) | Focusing collector optical and energy system | |
| Sridhar et al. | Performance of cylindrical parabolic collector with automated tracking system | |
| WO2015122865A2 (en) | Solar energy concentrator | |
| EA028239B1 (en) | Solar energy concentrator | |
| KR101568927B1 (en) | Solar cell structures using optical stubborn | |
| WO2014017539A1 (en) | Solar ray heat conversion device and solar heat power generating system using same | |
| US20150207004A1 (en) | Trough Shaped Fresnel Reflector Solar Concentrators | |
| RU2576752C2 (en) | Solar module with concentrator | |
| JP3172797U (en) | Sunlight collector | |
| Song et al. | Optical Analysis and Optimization of the Linear Fresnel Collector’s Mirror Field | |
| JP2010169981A (en) | Solar lens and solar light utilizing device | |
| GB2483093A (en) | Solar concentrator with orthogonal linear reflectors | |
| WO2012107104A1 (en) | Solar collection system | |
| GB2489219A (en) | Solar concentrator with orthogonal elements | |
| KR101162723B1 (en) | Soalr heat collecting system using flat refractive lens | |
| RU2572167C1 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
| JP3172804U (en) | Sunlight collector | |
| Altaher et al. | The Effect of Using Secondary Reflectors on the Thermal Performance of Solar Collectors with Evacuated Tubes | |
| RU2608797C2 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
| Liu et al. | A new solar concentrator based on one-dimensional grating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15749474 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201501037 Country of ref document: EA |
|
| REEP | Request for entry into the european phase |
Ref document number: 2015749474 Country of ref document: EP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2015749474 Country of ref document: EP |
|
| NENP | Non-entry into the national phase in: |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15749474 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |