Patent RU-2522376-C2 (RU)
Title: Солнечный модуль с параболоторическим концентратором в составе с двигателем стирлинга
Inventor: MAJOROV VLADIMIR ALEKSANDROVICH
IPC: F24S23/70
Filed: 2012-04-28
Granted: 2014-07-10
Abstract: Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоидов. Солнечный модуль с параболоторическим концентратором с двигателем Стирлинга содержит цилиндрический фотоприемник двигателя Стирлинга, установленный в фокальной области с цилиндрическим устройством охлаждения, расположенным ниже параболоторического концентратора, согласно изобретению, концентратор выполнен составным в виде тела вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения, состоящей из трех зон a-b, b-c, c-d, причем форма отражающей поверхности концентратора X(У) определена системой уравнений, соответствующей условию освещенности различных частей поверхности фотоприемника в виде цилиндра длиной H и радиусом r o , а значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора a-b определяются выражением: 
                   (     X   +     r   o       )       2     =   4     f   2         ∗     (     Y   +   Δ   Y     )           
, в котором 
             Δ   У   =         X   b   2         4     f   1         −             (       X   b     −     r   0       )       2         4     f   2               
, 
     где фокусное расстояние f 2  рассчитывается по формуле: 
               f   2     =     (       H   1     −     Y   b     −         h   0       2       )       (     1   ±     1     sin   ζ         )           
, 
     при этом угол ζ в зоне рабочего профиля концентратора a-b между поверхностью цилиндра и отраженным от поверхности в точке координат X b , У b  или падающим на поверхность параболоторического концентратора лучом, приходящим в фокальную область цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга на уровне H 1 -h 0 /2, расположенной на радиусе r o , рассчитывается по формуле: 
             t   g   ζ   =         H   1     −     Y   b     −     h   0     /   2         X   b     −     r   0               
, 
     где фокусное расстояние f 1  рассчитывается по формуле: 
     
       
         
           
             
               f 
               1 
             
             = 
             
               
                 m 
                 R 
                 t 
                 g 
                 β 
                 + 
                 
                   H 
                   1 
                 
                 − 
                 
                   r 
                   0 
                 
                 t 
                 g 
                 β 
               
               
                 1 
                 + 
                 2 
                 t 
                 g 
                 β 
               
             
           
         
         
       
     
     значения коэффициента m - изменяющегося в пределах от 0 до 1, высоты H 1  между координатной осью ОХ и торцевой поверхностью цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, радиуса миделя концентратора R, угла β между отраженным от поверхности в точке координат Х C,  У С  параболоторического концентратора лучом, приходящим на уровне h 0  в фокальную область, расположенную на радиусе r 0  цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, и перпендикуляром к падающему лучу, выбираются в соответствии с граничными условиями, причем значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора b-с, в пределах значений угла α+β определяет в соответствии с выражением: 
             X   ​   =   2     f   1     [     1     cos   (   α   +   β   )       −   t   g   (   α   +   β   )   ]         
, 
     где α - угол в зоне рабочего профиля концентратора b-с между перпендикуляром к падающему лучу и отраженным от поверхности в точке координат X, У параболоторического концентратора лучом, приходящим на уровне h, изменяющимся в пределах от 0 до h o , в фокальную область, расположенную на радиусе r o  цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга и определяется формулой: 
             t   g   α   =         H   1     −   Y   −     (       h   0     −   h     )       X           
, 
     γ - угол в зоне рабочего профиля концентратора c-d между отраженным от поверхности в точке координат X d , У d  параболоторического концентратора лучом, приходящим в центр торцевой части фокальной области цилиндрического фотоприемника, и уровнем высоты H цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, определяется из соотношения: 
             t   g     (     γ   −   β     )     =       Y   −     f   1       X     =         r   1     +     r   0           H   1     +     f   1               
, 
     при этом значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора с-d определяются в соответствии с формулой: 
     X 2 =4f 1 *Y, 
     геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника K определяется выражением: 
     K=(X-r 1 ) 2 /r o (r o +2h o ), 
     где r o  - радиус цилиндра, r 1  - расстояние между осью симметрии 0, У цилиндра и фокусным расстоянием f 1 , h o  - размер фокальной области на боковой поверхности цилиндрического фотоприемника. В результате использования изобретения на эффективной поверхности фотоэлектрического приемника формируется освещенность концентрированного излучения. 4 ил.