Designing solar power concentrator model with extentional focal zone

Abstract

Проаналізовано фокусування різного типу параболічних концентраторів сонячної енергії, які концентрують енергію в «точковий фокус», «фокусну лінію», «фокальну пляму» й при конструюванні яких використовують і розглядають загально прийняте поняття – «фокальна площина». При наявності кутових розмірів Сонця, джерела світлової енергії і різних похибках виготовлення концентратора, що викликають певну аберацію, виникає «кривина поля зображення» та повинна існувати область фокальної концентрації – «фокальний об’єм» певної форми й розмірів, а «фокальна площина» є його перетином (часткою), що використовує на приймачі лише якусь частину обсягу сконцентрованої енергії. Розглядається можливість конструювання концентратора з сегментоподібними параболо циліндричними дзеркальними сегментами, з’єднаними по колу, спроможного спеціально створити область фокальної концентрації енергії у вигляді уявного об’єму відразу над площиною його розкриву. Моделювання за допомогою комп’ютера характеру розподілу світлового поля освітленості окремих фокальних площин над площиною розкриву такого концентратора, підтвердило наявність області фокальної концентрації у вигляді уявного об’єму певної конфігурації і розмірів, які слід використовувати розташовуючи в ньому приймачі – перетворювачі сконцентрованої енергії, що можуть мати вигляд простого конічного теплообмінника, декількох теплових вакуумних трубок з теплообмінником або навіть певного блока з багато перехідними фотоелементами на основі GA As для отримання електроенергії. Були розроблені конструкції і виготовлений сегментний концентратор сонячної енергії у складі восьми секторів розташованих по колу та приймача-перетворювача у вигляді мідного конічного теплообмінника з циркулюючою рідиною, а також концентратор з тепловими вакуумними трубками, робочі поверхні яких розташовані в області фокальної концентрації. Випробування концентраторів практично довели наявність області фокальної концентрації енергії і показали збільшення обсягу її використання на приймачі.

In the article, the possibility of constructing the concentrator with mirror segments joined in a circe, able to specifically create a focal area of energy concentration in the form of imaginary volume right above its opening plane is discussed. Computer simulation of distributing illumination field of certain focal planes above the opening plane of such a concentrator proved the presence of the focal area shaped in the form of an imaginary body of a particular shape and size that have to be used by placing the concentrated energy transceivers. These transceivers can have a look of a simple conical heat exchanger, multiple heat vacuum tubes with a heat exchanger, or even a specific block with many GaAs based transient cells to generate electricity.