Фоконыи фоклины. 
Солнечные электростанции: концентраторы солнечного излучения

Существенными отличиями фоконов и фоклинов от других типов отражающих и линзовых концентраторов являются: 1) длительная работа в пределах параметрического угла концентратора без слежения за положением Солнца; 2) возможность использования некоторой части рассеянного излучения вокруг солнечного диска. Этот фактор необходимо учитывать при выборе конкретного типа концентраторов для СЭС, так как суммарная выработка энергии на концентраторах типа фоконов и фоклинов существенно увеличивается по сравнению, например, с параболическими концентраторами, концентрирующими только прямую солнечную радиацию. Освещенность СЭ в этих концентраторах за счет рассеяния околосолнечными зонами небосвода может увеличиться по сравнению с прямой солнечной радиацией на 10—15%.

Концентраторы этого типа эффективно могут быть использованы также как вторичные отражатели, увеличивающие концентрацию светового потока от первичного зеркала.

Формообразование и расчет основных параметров

Предложенные В. К. Барановым в Государственном оптическом институте (г. Санкт-Петербург) параболоторические фоконы (отражающие стенки в виде поверхностей вращения) и фоклины (корытообразные стенки) относятся к зеркальным низкопотенциальным концентраторам^[1].

Отличительной особенностью этого типа концентраторов является то, что они не создают изображения источника света и концентрируют весь световой поток, пришедший на поверхность входа в пределах двойного параметрического угла, на поверхности выхода. Таким образом фоконы (фоклины) могут концентрировать солнечное излучение в широком диапазоне угловых рассогласований от «прицельного положения», что уменьшает требования к точности изготовления солнечных станций (механизмов привода, жесткости несущих конструкций, согласованности установки модулей на общей раме) и удешевляет их стоимость.

Принципы формообразования профиля отражающей поверхности параболоторических фоконов (в дальнейшем «фоконов», в случае необходимости специфические признаки фоклинов будут оговариваться) приведены на рис. 5.1. Внеосевой участок параболы А_ХА с осью PN и фокусом в точке F располагается таким образом, чтобы точка F являлась одновременно точкой, ограничивающей выходное сечение d. Вращение участка параболы А_ХА вокруг оси симметрии О_аО образует поверхность фокона (фотометрического конуса), плоскопараллельное перемещение отрезка образует поверхность фоклина. Основные геометрические соотношения получаемого профиля:

где D, d — диаметры поверхностей входа и выхода; а — параметрический угол; Н — глубина фокона;/— фокусное расстояние образующей параболы (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Принципы работы фокона (фоклина):

PF — ось параболы ААj; F — фокус; а — параметрический угол; О_гО — ось симметрии фокона (фоклина); Н — высота отражателя; D, d — отверстия входа и выхода; р, — текущий радиус-вектор Геометрическая концентрация излучения на выходном отверстии фоконов:

Концентрация фоклинов:

Рис. 5.2. Поле зрения фокона с параметрическим углом а.

Построение профилей фоконов сводится к предварительному габаритному расчету по (5.1)—(5.3) и последующему построению профиля, что удобно делать при помощи радиус-векторов р, длина которых определяется из выражения.

где (3 — меняющееся значение полярного угла радиус-вектора с центром в точке F, p_min = 90 — a, 0_max = 2p_min.

Одним из недостатков фоконов (фоклинов) как концентраторов являются относительно большие значения величины Н, что затрудняет их изготовление, увеличивает материалоемкость. Укорочение производят со стороны поверхности входа D^[2]. Преимущество укороченных профилей состоит в том, что глубина профиля уменьшается значительно при незначительном уменьшении концентрации, можно получить одну и ту же концентрацию при разных параметрических углах. Например, концентрацию 5 можно получить для фокона с параметрическим углом 24° (Н; = 0,52Н) и для фокона с параметрическим углом 20° (Н, = 0,3Н), что изображено на рис. 5.3.

Рис. 5.3. График изменения концентрации К для укороченных фоконов.

• [1] Баранов В. К. Новые концентраторы излучения и перспективы их примененияв оптике и гелиотехнике // Труды ГОИ. Л., 1979. Т. 45. Вып. 179. С. 57—70.
• [2] Браславская М. В., Баранов В. К. Укороченные фоконы и фоклины // Гелиотехника.1977. № 3. С. 25—30.