Линейные линзы Френеля в качестве солнцеулавливащих ограждений зданий

Солнцеулавливающее ограждение зданий^[1] (рис. 3.13) состоит из однотипных поворотных пространственных элементов 1, верхняя плоскость которых заполнена оптическим концентратором 2 ЛЛФ. Собирание солнечной энергии осуществляют теплоприемником 3 с теплоизоляцией 4, который совмещен с осью 5 вращения, расположенной на нижней плоскости поворотных однотипных пространственных элементов 1. Фиксация положения последних в зависимости от положения солнца и обеспечение герметизации солнцеулавливающего ограждения осуществляют в плоскости контактной поверхности 6.

Рис. 3.13. Схемы использования ЛЛФ в качестве ограждающих конструкций зданий:

а — при высоком солнце; б — при низком солнце Подвижность поворотных однотипных пространственных элементов 1 обеспечивает зенитальное слежение элементами солнцеулавливающего ограждения за сезонным положением солнца (лето, зима, осень, весна). Контакт между модулями обеспечивается формой поперечного сечения (сектор круга) и положением оси 5 вращения. Форма поперечного сечения, представляющего собой сектор круга, и расположение оси 5 вращения на нижней плоскости поворотных однотипных пространственных элементов 1 на равноудаленном расстоянии от вершин секторов обеспечивает постоянный контакт дуги окружности с вершиной прилегающего сектора при синхронном повороте элементов относительно осей вращения 5.

Верхние плоскости поворотных однотипных пространственных элементов 1, обращенные к солнцу, заполнены оптическими концентраторами, например прозрачным плоским покрытием с линзами Френеля. Собирание солнечной энергии осуществляют теплоприемником 3, совмещенным с осью 5 вращения, расположенной на заданном (фокальном) расстоянии от плоскости оптического концентратора 2.

Следует учитывать, что при продольных дефокусировках ЛЛФ не работают как параболоцилиндры, которые сохраняют фокальное пятно на фокальной линии, тем самым сохраняя концентрацию излучения. Фокальное пятно у ЛЛФ при угловых дефокусировках размывается (см. параграф 3.1), увеличивается в поперечном размере, и излучение будет проходить мимо приемника, но в пределах углов ±25° продольной дефокусировки согласно экспериментальным результатам, представленным на рис. 3.10, приемник работает удовлетворительно, теряя 10% мощности. Для некоторых задач выход части излучения за пределы приемника оказывается полезным, например в условиях теплиц, когда большая часть излучения будет попадать на приемник, а меньшая освещать теплицу, уменьшая ее перегрев.

Выводы по главе 3

Проведен анализ работы линейных линз Френеля в условиях угловых дефокусировок. Теоретически показано формирование каустики, не лежащей в главной фокальной плоскости.

Экспериментально изучены оптико-энергетические характеристики стеклянных линейных линз размером 700×2000 мм, показано, что линзы могут эксплуатироваться при одноосном слежении за солнцем при экваториальной схеме слежения.

Изучены характеристики ЛЛФ при эксплуатации в качестве стационарного концентратора.

Предложен и экспериментально изучен тепловой модуль с ЛЛФ на основе использования гиперболического отражателя, что позволяет уменьшить толщину модуля в 5 раз и увеличить концентрацию излучения на приемнике.

Предложен фотоэлектрический модуль с использованием ЛЛФ и усредненной плотностью облучения двухсторонних солнечных элементов в фокальной плоскости. На основе данных модулей была изготовлена экспериментальная установка установленной мощностью 260 Вт.

• [1] Авторское свидетельство СССР № 808 635. Солнцеулавливающее ограждение зданий / В. Н. Карцев, В. Г. Никифоров, Ю. Н. Соколов, Э. В. Тверьянович, С. Н. Трушев-ский // БИ. 1981. № 8.