Концентраторы солнечной энергии
Многие возможные приложения требуют более высоких температур, чем те, которые можно получить даже с помощью лучших плоских пластинчатых нагревателей. Так, рабочая жидкость при 500° С может приводить в движение стандартный тепловой двигатель для совершения механической работы и, следовательно, если требуется, для производства электроэнергии. Еще более высокие температуры (примерно 2000° С) требуются при изготовлении и очистке отражающих материалов.
Концентрирующий коллектор включает в себя приемник, поглощающий излучение и преобразующий его в какой-либо другой вид энергии, и концентратор, который представляет собой оптическую систему, направляющую поток излучения на приемник (например, такой, как показан на рис. 6.10). Обычно концентратор требуется непрерывно поворачивать, чтобы он во время работы был обращен к Солнцу. (Ниже в этом параграфе обсуждается нетипичный случай.)
Рис. 6.10 Параболический концентратор. Общий вид. Показаны приемник, проходящий вдоль оси, и опоры, поддерживающие приемник и зеркало (а) и сечение устройства, которое обсуждается в тексте (б) (не в масштабе): 1 - экран, 2 - поглотитель, 3 - зеркало
Апертура системы Ааесть площадь поверхности концентратора, обращенной к потоку излучения. Определим коэффициент концентрации X как отношение апертуры к площади поверхности приемника:
Х = Аа/Аr. (6.17)
Для идеального коллектора X представляет собой отношение плотности потока излучения на приемнике к плотности потока на концентраторе, на практике плотность потока сильно меняется вдоль приемника. Температуру приемника простым увеличением X неограниченно повышать невозможно, так как по закону Кирхгофа температура приемника Тr не может достигнуть эквивалентной температуры Солнца Ts. Более того, расстояние до Солнца L и радиус его Rs определяют конечный угол на поверхности Земли, который ограничивает коэффициент концентрации.
