Жалюзийные гелиостаты-концентраторы. 
Солнечные электростанции: концентраторы солнечного излучения

Параллельные ряды синхронно работающих зеркал, расположенных горизонтально или под углом к горизонту, можно назвать линейными жалюзийными гелиостатами-концентраторами (ЛЖГ). Если зеркала после отражения сохраняют параллельность солнечных лучей, то они работают в режиме гелиостата¹. Если отраженные лучи создают сходящийся световой поток, то система работает в режиме концентратора. При этом одно движение слежения осуществляется поворотом зеркал вокруг параллельных осей (слежение по высоте Солнца), другое — поворотом вокруг вертикальной оси (слежение по часовому углу).

По сравнению с традиционными гелиостатами ЛЖГ имеют ряд отличительных особенностей:

• — возможность размещения приемника излучения в плоскости, расположенной ниже уровня зеркал;
• — возможность размещения в отраженном потоке концентратора для получения приемлемых значений облученности приемника, при этом вся система будет более компактной, чем при цельном гелиостате;
• — значительное уменьшение ветровых нагрузок, уменьшение металлоемкости конструкции системы;
• — принципиальная возможность всю солнечную систему разместить под прозрачным защитным покрытием, или системы «закрытого типа».

Перечисленные факторы дают основание для более подробного изучения работы ЛЖГ.

Косинусный эффект в линейных жалюзийных гелиостатах

Известный в зеркальной гелиотехнике косинусный эффект проявляется в ЛЖГ своеобразно^[1][2]. Как известно, за счет него мощность косо отраженного от плоского гелиостатного зеркала потока излучения Ф оказывается меньше мощности Ф₀, которая могла бы иметь место при прямом отражении. Вследствие этого Ф = Ф₀соз со, где со — угол падения (и отражения) потока прямой солнечной радиации; Ф₀ = EqR₃F. Здесь Е₀ — прямая солнечная радиация; R₃ — коэффициент отражения зеркала; F — суммарная физическая поверхность зеркальных жалюзи.

Первичный энергоноситель в виде прямой солнечной радиации поступает на ЛЖГ в пределах верхней полусферы. Своеобразие рассматриваемых ЛЖГ определяется направлением отраженного потока радиации в нижнюю полусферу, т. е. величиной угла снижения отраженного потока Т под плоскость горизонта. Поскольку в исследуемом случае (рис. 9.1) предполагается, что азимутальное вращение рамы с ЛЖГ отслеживает азимут Солнца в каждый данный момент времени, то угол со в ЛЖГ определяется двумя очевидными и универсальными формулами:

Рис. 9.1. Схема работы ЛЖГ с размещением концентратора и приемника ниже уровня гелиостата:

1 — отражающие жалюзи; 2 — вариант привода вращения жалюзи; заштрихованные области определяют сквозной проход радиации между жалюзи Естественно, что угол о обусловлен угловой высотой Солнца h, зависящей от географической широты, склонения и времени дня, и углом снижения отраженного потока Т.

При этом из (9.1) следует, что угол возвышения нормали над горизонтом.

Из (9.2) вытекает также, что при выбранном угле Т величина cos со в ЛЖГ определяется лишь угловой высотой Солнца h.

Ход кривых cos со на рис. 9.2 отражает основную отличительную особенность рассматриваемых ЛЖГ с точки зрения косинусного эффекта. Она заключается в том, что по мере подъема Солнца над горизонтом энергетическая эффективность использования зеркальной поверхности жалюзи заметно ухудшается. В то же время в некоторых практических случаях эта тенденция может быть истолкована как полезная, приводящая к своеобразной «автостабилизации» мощности отраженного ЛЖГ потока излучения в течение дня и сезонов года. Последнее следует, из того, что в зимние месяцы (малые углы h) эффективность использования ЛЖГ выше, чем в летние.

В целях сравнения на рис. 9.2 пунктиром нанесены кривые cos со неких характерных для зеркальной гелиотехники случаев. Так, кривая Т = 0 в некоторой степени отражает особенности гелиостата высокотемпературной солнечной печи, подающего радиацию на зеркальный параболоид, оптическая ось которого горизонтальна. Вследствие этого формула (9.2) получает вид z = 0,5h. Кривая для СЭС характеризует концентрирующую гелиостатную систему солнечной электростанции башенного типа. Как видно, для нее, напротив, характерно нарастание эффективного cos со по мере подъема Солнца над горизонтом.

Рис. 9.2. Косинусные эффекты в ЛЖГ при различных углах снижения отраженного светового потока (пунктиром обозначен график для гелиостатов башенных СЭС).

• [1] Патент РФ № 2 001 360. Солнечная энергетическая установка / Д. С. Стребков, Э. В. Тверьянович // БИ. 1993. № 37−38.
• [2] Тепляков Д. И., Тверьянович Э. В. Линейные жалюзийные гелиостаты СЭС: косинусные и межжалюзийные эффекты // Гелиотехника. 1993. № 4. С. 54—58.