Убираемый тонкопленочный солнечный концентратор для космического аппарата
Этот тип относится к маломощному солнечному концентратору, имеющему тонкопленочные отражающие панели и предназначенному для использования в космическом аппарате.
Солнечные концентраторы, используемые на космических аппаратах, могут быть разделены на три категории в зависимости от их коэффициента концентрации света, то есть отношения площади сбора солнечного света к площади фото-элементов, на которых этот солнечный свет собирается.
Параболические рефлекторы, которые используются в системах с высокой концентрацией (таких, где коэффициент концентрации света составляет приблизительно 50 : 1 или более).
Линзы Френеля для использования в системах со средней концентрацией (коэффициенты концентрации в диапазоне от 10:1 до 25:1).
Корытообразный тип, описываемый далее, для использования в низкоэнергетических концентраторах с коэффициентом концентрации света менее чем 3:1.
Из-за выделяемого тепла первые два типа требуют специальных средств охлаждения для преобразующих элементов.
Убираемый тонкопленочный солнечный концентратор 10 для использования на космическом аппарате, показанный на рис.2, представляет собой концентратор малой мощности. Он имеет вид корыта, состоящего из прямоугольной панели 12 солнечной батареи, содержащей совокупность фотовольтаических элементов (которые не показаны на схеме) с гибкими плоскими панелями 14 рефлекторов вдоль длинных сторон панели 12 солнечной батареи, наклоненными так, чтобы направлять отраженный солнечный свет на панель 12 солнечной батареи, так что луч от наружного края панели 14 рефлектора падает на край противоположной стороны панели 12 солнечной батареи. Это приводит к равномерному распределению отраженного солнечного света на панели 12 солнечной батареи, что является существенным для получения оптимальных характеристик.
Эффективность концентратора характеризуется коэффициентом концентрации света, который в общем виде определяется как отношение площади сбора солнечного света к площади фотовольтаических элементов, на которых этот солнечный свет концентрируется (т.е. к площади панели 12 солнечной батареи). Как можно видеть из фиг.2с, для концентраторов корытообразного типа коэффициент концентрации света численно равен соотношению D/S. Здесь S - это ширина панели солнечной батареи, D - ширина поперек панелей рефлекторов между их крайними точками. Из фиг.2с также видно, что значение D зависит от ширины рефлектора L и угла φ наклона панели 14 рефлектора по отношению к панели 12 солнечной батареи.
Пользуясь графиками зависимости коэффициента концентрации света D/S от коэффициента размера рефлектора US и угла φ в градусах, представленными соответственно на фиг.2а и 2b, можно определить значения L/S и φ для желаемого коэффициента концентрации света D/S. Например, для коэффициента концентрации света D/S, равного 2,5, значение L/S равняется приблизительно 2,2, а угол φ равняется приблизительно 22 градусам. Из приведенных графиков видно также, что максимальный теоретический коэффициент концентрации света для концентратора согласно изобретению составляет 3:1.
Во время запуска космического аппарата гибкие панели 14 рефлектора укладывают путем их сворачивания вокруг штанг 18 в направлении, указанном стрелками 28 (см Фиг.3). Затем штанги 18 со свернутой таким образом рефлекторной панелью 14 укладываются вдоль длинных краев панели 12 солнечной батареи, когда секции панели складываются друг с другом. Рефлекторы могут также быть уложены путем их сворачивания вокруг самих себя и удержания в замыкающих пальцах между парой штанг на каждой стороне солнечной батареи.
Так как панели 14 рефлекторов и штанги 18 укладываются вдоль длинных краев панели 12 солнечной батареи, а не в направлении ширины панели 12 солнечной батареи, как рекомендовано в известных образцах корытообразной системы, панели 14 рефлекторов могут быть шире, чем панель 12 солнечной батареи, что приводит к более высокому коэффициенту концентрации, чем был достигнут в известных системах. Панели 14 рефлекторов в уложенном положении не загораживают солнечный свет от внешней панели 12 солнечной батареи, как это было в известных системах, в которых рефлектор складывается поверх панели 12 солнечной батареи. Это дает возможность панели 12 солнечной батареи вырабатывать некоторую энергию для космического аппарата, прежде чем произойдет развертывание солнечной батареи.
Список литературы:
В.И.Шадрин. Автономные солнечные установки с концентраторами солнечного излучения. Гелиоэнергетика 2003г, с 89-94.
Ю.П.Рылов. Упругодеформированные тонкостенные концентраторы солнечной энергии. Журнал технической физики 2003, том 73, вып.11.
Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции — Л.: Наука, 1986. — 182 с.
М.Браун, Б.Уэйлен. Убираемый тонкопленочный солнечный концентратор. Патент 2192070, 2002г.,