Россия
с 01.09.2015 по настоящее время
В статье рассмотрены геометрические аспекты проектирования и создания концентраторов солнечного излучения параболического типа. Представлены практические методики геометрического проектирования и изготовления концентраторов подобного рода. Концентратор параболического типа является основной частью солнечной теплофотоэлектрической установки. Его эффективность зависит от факторов качества геометрического формообразования рабочей поверхности, составленной из множества компонентов паркета, увязанных между собой на основе дифференциально-геометрических требований. Распределение освещённости в фокальном пятне такого концентратора, изготовленного методом паркетирования на основе конструктивного соединения отдельных элементов, позволяет получать приемлемые результаты. Однако имеется значительный потенциал для улучшения показателей эффективности путем обеспечения более плавного и равномерного освещения фотоприёмника. Для обеспечения заданной точности и гладкости обвода поверхности на стадиях проектирования и изготовления устройства предложены две методики: ортогонального и веерного геометрического паркетирования поверхности параболического концентратора с возможностью предварительного задания требуемой точности формы при заданных дифференциально-геометрических характеристиках обвода. Паркетирование при заданных дифференциальных требованиях к поверхности, в свою очередь, предусматривает две методики расчета элементов паркета: первая - по минимальному числу криволинейных элементов с последующим сшиванием с учётом дифференциальных условий; вторая - по максимальному числу плоских элементов, множественность которых обеспечивает приемлемые свойства плавности поверхности. В данной работе рассмотрена первая методика для случаев ортогонального и веерного паркетирования. На примере концентратора параболического типа представлена реализация рассматриваемой методики, которая предусматривает возможность контроля геометрической гладкости поверхности концентратора с целью обеспечения оптимального распределения концентрированного солнечного излучения в фокальной области. Выходные характеристики фотоэлектрических и тепловых преобразователей солнечной энергии, находящихся в фокусе такого концентратора, становятся оптимальными, а сама установка будет работать в номинальном режиме.
геометрическое формообразование, точность задания поверхности, ортогональное паркетирование, концентратор солнечного излучения, теплофотоэлектрический модуль, погрешность формообразования, дифференциально-геометрические условия
1. Алексанян А.М., Афян В.В., Батикян Г.А., Вартанян А.В. Разработка крупногабаритных параболоидных фацетных концентраторов // Гелиотехника. - 1988. - № 3. - C. 24-28.
2. Алимов А.К., Алавутдинов Дж.Н. Опыт создания концентраторов для модульных фотоэлектрических установок // Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических установок. Л.: Энергоатомиздат, 1986, с. 17-18.
3. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград: Наука. 1989, 310 с.
4. Вейнберг В.Б. Оптика в установках для использования солнечной энергии. Л.: Оборонгиз, 1959. - 236 c.
5. Вейнберг В.П. Солнечные двигатели, перспективы гелиотехники // Вестник знания. - 1928. - № 4. - C. 206-220.
6. Волошинов Д.В. Единый конструктивный алгоритм построения фокусов кривых второго порядка [Текст] / Д.В. Волошинов // Геометрия и графика - Т. 6. № 2. - C. 47-54. - https://doi.org/10.12737/article_5b559f018f85a7.77112269.
7. Графский О.А., Пономарчук Ю.В., Суриц В.В. Особенности свойств параболы при ее моделировании [Текст] / О.А. Графский, Ю.В. Пономарчук, В.В. Суриц // Геометрия и графика - 2018. Т. 6. № 2. - С. 63-77. - https://doi.org/10.12737/article_5b55a16b547678.01517798.
8. Захидов Р.А., Умаров Г.Я., Вайнер А.А. Теория и расчёт гелиотехнических концентрирующих систем. Ташкент: ФАН, 1977, с. 144.
9. Иванов Г.С. Конструирование одномерных обводов, принадлежащих поверхностям, путем их отображения на плоскость [Текст] / Г.С. Иванов // Геометрия и графика - 2018. Т. 6. № 1. - С. 3-9. - https://doi.org/10.12737/article_5ad07ed61bc114.52669586.
10. Иванов Г.С., Дмитриева И.М. Нелинейные формы в инженерной графике [Текст] / Г.С. Иванов, И.М. Дмитриева // Геометрия и графика - 2017. Т. 4. № 4. - С. 4-12. - https://doi.org/10.12737/article_5953f295744f77.58727642.
11. Короткий В.А., Усманова Е.А. Кривые второго порядка на экране компьютера [Текст] / В.А. Короткий, Е.А. Усманова // Геометрия и графика - 2018. Т. 6. № 2. - С. 100-112. - https://doi.org/10.12737/article_5b55a829cee6c0.74112002.
12. Куприков М.Ю., Маркин Л.В. Геометрические аспекты автоматизированной компоновки летательных аппаратов [Текст] / М.Ю. Куприков, Л.В. Маркин // Геометрия и графика - 2018. Т. 6. № 3 - С 69-87. - https://doi.org/10.12737/article_5bc45cbccfbe67.89281424.
13. Майоров В.А., Панченко В.А. Исследование параболоторического концентратора в установке с солнечными элементами // Материалы восьмой всероссийской научной молодёжной школы с международным участием (20-23.11.2012, Москва, МГУ). Возобновляемые источники энергии, 2012. С. 284-289.
14. Майоров В.А., Панченко В.А. Исследование тепловых режимов работы двигателя Стирлинга с параболоидным концентратором солнечного излучения // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2013, № 1, c. 28-29.
15. Майоров В.А., Панченко В.А. Исследование характеристик солнечного концентратора в установке с двигателем Стирлинга // Энергетик, 2013, № 2, c. 40-42.
16. Майоров В.А., Панченко В.А., Стребков Д.С. Патент РФ на изобретение № 2522376. Солнечный модуль с параболоторическим концентратором в составе с двигателем Стирлинга. Заявка: 2012117481/06, 28.04.2012. Опубликовано: 10.07.2014. Бюл. № 19.
17. Майоров В.А., Панченко В.А., Стребков Д.С. Патент РФ на изобретение № 2543256. Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором. Заявка: 2012141690/06, 02.10.2012. Опубликовано: 27.02.2015. Бюл. № 6.
18. Майоров В.А., Панченко В.А., Стребков Д.С. Патент РФ на изобретение № 2505755. Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором. Заявка: 2011153585/28, 28.12.2011. Опубликовано: 27.01.2014. Бюл. № 3.
19. Набиулин Ф.Х., Бузова З.М, Заславская Г.С., Петрова Н.П., Кутловская Н.Ф. Метод гальванопластики в изготовлении параболических концентраторов // Концентраторы солнечной энергии. Л.: Энергия, 1972, с. 19-23.
20. Ремонтова Л.В., Нестеренко Л.А., Бурлов В.В., Орлов Н.С. 3D-моделирование поверхностей 2-го порядка [Текст] / Л.В. Ремонтова, Л.А. Нестеренко, В.В. Бурлов, Н.С. Орлов // Геометрия и графика - 2016. Т. 4. № 4. - С. 48-59. - https://doi.org/10.12737/22843.
21. Сальков Н.А. Геометрическая составляющая технических инноваций [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика - 2018. Т. 6. № 2. - С. 85-93. - https://doi.org/10.12737/article_5b55a5163fa053.07622109.
22. Сальков Н.А. Геометрическое моделирование и начертательная геометрия [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика - 2016. Т. 4. № 4. - С. 31-40. - https://doi.org/10.12737/22841.
23. Синицын С.А. Задача синтеза геометрической информации при оптимальном моделировании гладких дифференциальных поверхностей // Инновации и инвестиции. - 2018. - №10. - с. 212.
24. Синицын С.А. Информационно-статистический метод оптимального моделирования гладких дифференциальных поверхностей при итерационном проектировании технических объектов на транспорте: монография. - Москва: Издательство университета путей сообщения, - 2017, 103 с.
25. Синицын С.А. Концепция моделирования обтекаемых обводов высокоскоростного наземного транспорта // Наука и техника транспорта. - 2011. - №3, с.54.
26. Синицын С.А. Формализация погрешностей в задачах оптимизации геометрических моделей// Инновации и инвестиции. - 2018. - № 11. - с. 175-180.
27. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентраторы солнечного излучения - М, ГНУ ВИЭСХ, 2007, с. 12-30.
28. Abdulkadir A. Hassen and Demiss A. Amibe. Design, manufacture and experimental investigation of low cost parabolic solar cooker // ISES Solar World Congress 2011, 28 Aug.-2 Sept. Kassel, Germany, 12 p.
29. Ajay Chandak, Sunil Somani and Anurag Chandak. Development Prince - 40 solar concentrator as do it yourself (DIY) kit // ISES Solar World Congress 2011, 28 Aug.-2 Sept. Kassel, Germany, 8 p.
30. Babaev B.D., Kharchenko V., Panchenko V. & Vasant P. Materials and Methods of Thermal Energy Storage in Power Supply Systems // Renewable Energy and Power Supply Challenges for Rural Regions, 2019, 115-135, DOI:https://doi.org/10.4018/978-1-5225-9179-5.ch005.
31. Javier Diz-Bugarin1. Design and construction of a low cost offset parabolic solar concentrator for solar cooking in rural areas// ISES Solar World Congress 2011, 28 Aug.-2 Sept. Kassel, Germany, 8 p.
32. Kharchenko V., Nikitin B., Tikhonov P., Panchenko V. & Vasant P. Evaluation of the Silicon Solar Cell Modules // Intelligent Computing & Optimization. Advances in Intelligent Systems and Computing, Volume 866, Springer Nature Switzerland AG 2019. Pandian Vasant, Ivan Zelinka, Gerhard-Wilhelm Weber (Eds.): ICO 2018, 328-336. doi.org/10.1007/978-3-030-00979-3_34.
33. Kharchenko V., Panchenko V., Tikhonov P. & Vasant P. Cogenerative PV Thermal Modules of Different Design for Autonomous Heat and Electricity Supply // Handbook of Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development, 2018, 86-119, DOI:https://doi.org/10.4018/978-1-5225-3867-7.ch004.
34. Panchenko V.A. Review and applications of solar modules developed and produced by GNU VIESH. Research in Agricultural Electric Engineering. Volume 2, 2014, № 3, 82-89.
35. Panchenko V., Kharchenko V. & Vasant P. Modeling of Solar Photovoltaic Thermal Modules // Intelligent Computing & Optimization. Advances in Intelligent Systems and Computing, Volume 866, Springer Nature Switzerland AG 2019. Pandian Vasant, Ivan Zelinka, Gerhard-Wilhelm Weber (Eds.): ICO 2018, 108-116, doi.org/10.1007/978-3-030-00979-3_11.
