Концентрирующая система для солнечных станций «закрытого типа» с активным прозрачным покрытием

В гл. 11 была сформулирована концепция создания солнечных станций «закрытого типа», которая имеет ряд существенных преимуществ перед традиционными станциями «открытого типа». В данной главе рассматривается возможность создания таких станций с прозрачной крышей, являющейся одновременно частью концентрирующей системы, активно участвующей в формировании светового потока. Суть предложения состоит в том, что прозрачная крыша должна быть выполнена из неподвижных линз, а «скользящий световой поток» должен формироваться оптическими устройствами, отслеживающими положение фокусов неподвижных линз.

Устройство и принцип работы

К неподвижным линзам, установленным на крыше, станции предъявляются следующие требования:

• — светосила должна быть максимальной;
• — кружок рассеяния (фокальное пятно) должен быть минимальным;
• — в пределах угла зрения (не менее 120°) кружок рассеяния должен быть постоянным.

Указанным требованиям хорошо удовлетворяет сферическая линза с исправленной сферической аберрацией и расположением входного зрачка в плоскости, проходящей через центр сферы¹. На рис. 12.1 показана линза-шар (ЛШ) диаметром 65 мм, выбранная для дальнейших расчетов в качестве основного варианта выполнения данной концентрирующей системы. Линза-шар состоит из оболочки 1, выполненной из прозрачного оптического материала с толщиной стенок D, сердце;

¹ Патент РФ № 2 121 632. Устройство, концентрирующее солнечное излучение / Э. В. Тверьянович, А. И. Молев // БИ. 1998. № 31.

виной 2, заполненной прозрачной жидкостью. Подобное выполнение позволяет уменьшить количество оптического материала.

Рис. 12.1. Схема хода лучей через линзу-шар:

1 — оболочка из оптического материала; 2 — сердцевина, заполненная жидкостью; D_m[ — толщина оболочки На рис. 12.2, а приведен один из вариантов всего устройства концентрирующей системы: линзы-шары 1 концентрируют солнечное излучение при любом положении Солнца в фокусы F, с фокусным расстоянием /_лш, которые отслеживаются механизмом слежения. Механизм слежения выполнен в виде поворотных рычагов 2, оси которых постоянно направлены на Солнце, имеющих возможность поворота в шарнирах 4 и несущих две платформы 5 и 6, между которыми установлены концы световодов 7 (рис. 12.2, б). Таким образом, солнечное излучение при повороте рычагов 2 обеспечивает попадание пятен рассеяния от каждой линзы в торцы световодов 7. Солнечное излучение по световодам поступает на неподвижные их торцы, где излучение попадает в фокусы дополнительных линз и превращается в псевдопараллельный «скользящий» световой поток в световодном канале (рис. 12.2, в, г), при этом отдельные световоды могут объединяться в жгуты. Слежение за Солнцем рычагами 2 осуществляется как по углам склонения ±8, так и по часовым углам ±со в азимутальном направлении (на рисунке не показано). В торце световодного канала установлен концентратор параболоцилиндрический (ПЦ), создающий концентрацию излучения на приемнике в виде трубы с теплоносителем.

На рис. 12.3 приведена другая схема использования концентрирующей системы с активной крышей, в которой жгуты световодов непосредственно вставляются в теплоизоляционные трубы с теплоносителем (сечение А—А). В данном случае значительно сокращаются потери на светопропускание.

Рис. 12.2. Принципиальная схема концентрирующей системы с «активной прозрачной крышей» (а); механизм ввода излучения в световод (б); схема работы дополнительных линз 9, в фокусе которых излучение выходит из неподвижных концов световодов 7 (в); схема ввода излучения в световодный канал со вторичным ПЦ концентратором.

летом и зимой (г).

Рис. 12.3. Солнечная станция с нагревом теплоносителя в металлических вакуумированных трубах солнечным излучением, поступающим непосредственно со жгутов световодов.