20 | 01 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Концентраторы солнечного излучения

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 3.50 (1 Голос)

Концентраторы солнечного излучения

Использование солнечного излучения для производства фотоэлектричества усложняется рядом факторов, которыми являются: нестабильность, зависимость от состояния атмосферы, времени года и суток, недостаточная плотность для экономически обоснованной выработки электроэнергии. Одним из путей снижения стоимости фотоэлектрических установок является использование концентраторов солнечного излучения, что позволяет уменьшить площадь, а следовательно и стоимость фотоэлементов.

В общем случае система концентрации может быть определена как специальная

оптическая система, предназначенная для улавливания и перераспределения в

пространстве потока солнечного излучения, как прямого, так и рассеянного, с целью

повышения его плотности до уровня, необходимого для дальнейшего эффективного

использования.

К системе концентрации предъявляются следующие основные требования:

- высокая отражательная (переизлучательная способность в диапазоне длин волн

спектра солнечного излучения;

- согласованность характеристик распределения сконцентрированного излучения с

требованиями работы приемно-преобразующих устройств;

- минимальная удельная масса (масса на единицу площади) ;

- компактность в транспортировочном состоянии при простоте и надежности

устройств, обеспечивающих сборку систем концентрации;

- устойчивость элементов конструкции к воздействию атмосферных факторов;

- низкая стоимость, простота изготовления и ремонта.

Концентрирующие системы, трансформирующие лучистую энергию с целью повышения ее термодинамического потенциала и эффективности преобразования в электроэнергию, находят широкое применение в солнечной энергетике. При концентрировании изменяется не только плотность излучения, но и его распределение в пространстве. К концентраторам предъявляются следующие основные требования:

— согласованность характеристик распределения сконцентрированного излучения с требуемыми параметрами эффективной работы фотоэлектрических преобразователей;

— высокая отражательная или переизлучательная способность в пределах спектральной чувствительности преобразующих устройств;

— оптимальная удельная масса (масса на единицу площади отражающей (переизлучающей) поверхности;

— устойчивость элементов конструкции к воздействию атмосферных факторов;

— низкая стоимость и простота в изготовлении и ремонте.

По функционально-целевому признаку концентраторы являются оптико-энергетическими системами, предназначенными для повышения потока лучистой энергии при его одновременном пространственном и спектральном перераспределении. Этим в значительной степени обусловлено и различие требований к характеристикам систем концентрирования солнечного излучения.

Системы концентрирования по способу собирания лучистой энергии можно разделить на:

— преломляющие (линзы и линзы Френеля);

— отражающие, т. е. зеркала с образующими различной формы;

— призмоконы, представляющие собой расширяющийся к одному краю световод (призму) в которой солнечное излучение поступает по всей поверхности боковой поверхности, затем лучи отражаются от задней грани с отражающим слоем и приходят на поверхность входа под углом полного внутреннего отражения;

— концентраторы с использованием голограмм, которые получают путем регистрации в слое светочувствительного материала интерферентной картины от двух когерентных пучков излучения;

— люминесцентные солнечные концентраторы, представляющие собой светопрозрачную пластину из люминесцирующего материала. Световой поток, попадая в плоскость пластины, переизлучается за счет люминесценции красителя на боковую грань, которая является фокальной поверхностью.

По степени концентрации можно разделить на три группы:

— сильноконцентрирующие — степень концентрации более 100 крат (параболические концентраторы, линзы, линзы Френеля)

— средней концентрации от 10 до 100 крат (сильноконцентрирующие высокой степени расфокусировки, а также некоторые призматические и цилиндрические концентраторы)

— слабоконцентрирующие — менее 10 крат (квазистационарные и стационарные, люминесцентные и концентраторы с помощью голограмм)

По числу оптических элементов, участвующих в процессе концентрирования излучения концентраторы различают на одно - и многоэлементные системы.

Стоимость солнечных батарей можно существенно понизить с помощью концентрации солнечного излучения. В этом случае обеспечивается резкое уменьшение площади ФЭП, и если стоимость единицы площади концентратора много меньше, чем у солнечного элемента, то при сохранении общего КПД преобразования можно снизить стоимость единицы мощности.

Фотопреобразующим системам с оптическими концентраторами присущ ряд недостатков

·  при концентрированном облучении возрастает рабочая температура ФЭП, что приводит к снижению его КПД и необходимости дополнительных затрат на его охлаждение. Причиной является излучение фотонов носителями заряда при переходах внутри разрешенных зон в связи с генерацией электронно-дырочных пар квантами с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны.

·  необходимость предусмотрения системы слежения за Солнцем, что также приводит к усложнению системы и дополнительным затратам энергии.

·  системы с оптическими концентраторами практически непригодны к использованию в условиях рассеянной радиации

·  системы концентрирования громоздки и трудно встраиваются в архитектуру других построек, т. е. не могут являться конструктивными элементами.

Прогресс в области создания концентрирующих систем возможен только при наличии хорошо развитой теории, позволяющей научно обосновать технические требования, правильно организовать проектирование, производство и испытания, с высокой долей вероятности прогнозировать энергетические и эксплуатационные характеристики. Это предопределяет следующие задачи:

— разработка комплекса параметров и характеристик, однозначно определяющих основные эксплуатационные и энергетические характеристики концентраторов

— анализ структуры и особенностей проектирования концентрирующих систем

— исследование особенностей лучистого теплообмена в концентраторах

— разработку обобщенной математической модели, охватывающей все практически важные и перспективные направления применения концентраторов и учитывающей характеристики источника излучения.

Литература.

1.  Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции. Ленинград «Наука» 1986. 236 с.

2.  Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование фотоэлектрического солнечного излучения. 268 с.

3.  ЗахидовА., Умарав Г. Я., Вайнер. Теория и расчет гелиотехнических концентрирующих систем. Ташкент. Фан 1977. 144с.

4.  Теория оптических систем (Бегунов Б. Н., Заказнов Н. Н. Кирюшин С. И., Кузнецов В. И.) Москва «Машиностроение» 1981. 430 с.

5.  Кучерук І. М., Дущенко В. П. Загальна фізика. Оптика. Київ «Вища школа» 1991. 462 с.

6.  Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики, том III М.: 1972. 492 с.


Концентраторы солнечного излучения - 3.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить