Дослідження конструкції концентратору сонячного випромінювання для автономних фотоенергетичних установок

Abstract

Суттєве зростання потужності завдяки використанню концентраторів сонячного випромінювання підтверджує доцільність використання концентрованого випромінювання, а розробку концентраторів робить окремою задачею оптичної фізики. Особливої уваги заслуговують концентратори для отримання високого ступеню концентрації випромінювання, їх розробка потребує цілої низки інноваційних технічних рішень. В роботі проведені комплексні дослідження з оптимізації концентраторів сонячного випромінювання для використання у складі висококонцентраційних фотоенергетичних систем шляхом дослідження оптичних властивостей та особливостей деградації фацетного, вакуумного та сегментного концентраторів. За результатами натурної апробації експериментального зразка фацетного концентратора було виявлено, що процедура налаштування концентратору пов'язана із індивідуальним коректуванням положення кожного із 400 дзеркал, що є вкрай складно. А внаслідок недостатньої жорсткості конструкції концентратор потребує корекції в налаштуваннях після операцій по переміщенню чи збиранню-розбиранню експериментального зразка концентратора. Оскільки концентратор потребує регулярного очищення внаслідок природнього забруднення від пилу, дощу та інших природніх факторів дана операція пов'язана із механічним впливом на дзеркала, що призводить до порушення їх налаштувань. За результатами апробації концентратору вакуумного типу було встановлено, що такі концентратори є дуже чутливими до якості виготовлення основи оскільки внаслідок особливостей конструкції практично не піддаються налаштуванню після виготовлення також вони мали занадто великий розмір фокальної плями яка перевищує розмір теплоприймача. За результатами натурної апробації встановлено, що перспективним для використання у складі фотоенергетичних систем є конструкція концентратору сегментного типу, що являє собою круговий масив сегментів виготовлених з дзеркального матеріалу, інтегральний коефіцієнт відбиття якого сягає 95% та виготовлено експериментальний зразок площею 3,6 м², що дозволяє отримати фокусну пляму діаметром 120 мм з трапецієвидним розподілом освітленості із коефіцієнтом концентрації випромінювання на рівні 360 од.

Significant increase in power due to the use of concentrators of solar radiation confirms the feasibility of using concentrated radiation, and the development of concentrators makes a separate task of optical physics. Hubs deserve special attention to obtain a high degree of radiation concentration, their development requires a number of innovative technical solutions. The complex researches on optimization of concentrators of solar radiation for use as a part of high-concentration photovoltaic systems by research of optical properties and features of degradation of facet, vacuum and segment concentrators are carried out in the work. According to the results of field testing of the experimental sample of the facet concentrator, it was found that the procedure of adjusting the concentrator is associated with individual adjustment of the position of each of the 400 mirrors, which is extremely difficult. And due to the insufficient rigidity of the structure, the concentrator needs to be adjusted in the settings after the operations of moving or assembling-disassembling the experimental sample of the concentrator. As the concentrator needs regular cleaning due to natural pollution from dust, rain and other natural factors, this operation is associated with mechanical impact on the mirrors, which leads to a violation of their settings. According to the results of testing the vacuum type concentrator, it was found that such concentrators are very sensitive to the quality of the base because due to design features cannot be adjusted after manufacture and they had too large a focal spot larger than the heat sink. According to the results of field testing, it is established that the design of a segment-type concentrator is promising for use in the high-concentration photovoltaic systems, which is a circular array of segments made of mirror material, the integrated reflection coefficient of which reaches 95% and made an experimental sample with an area of 3.6 m², which allows to obtain a focal spot with a diameter of 120 mm with a trapezoidal light distribution with a radiation concentration factor of 360 units.