Френелови Концентратори за добив на Топлинна и електрическа Енергия Същност на френеловата оптика

По принцип френеловият оптичен елемент представлява плоска леща, като се заменя извитата повърхност на една конвенционална леща със серия от концентрични растери, което дава възможност да се елиминира дебелината на обемната конвенционална леща. Тези растери се разпростират от центъра на лещата към нейната периферия, като всеки от тях има индивидуален профил и пречупва светлината отделно. Растерите действат като индивидуални пречупващи повърхности свеждащи паралелни лъчи в общо фокусно разстояние. На практика всеки концентричен растер действа като част от леща, като всички взети заедно формират функцията на истинска леща.
Фиг.1 показва с известно приближение, как всеки растер на френеловата леща е малък елемент от асферичната повърхност, проектирана върху плоската страна на лещата. Големината и ъгъла на пречупване се изчисляват в зависимост от необходимата концентрация на лещата. Стойността на ъгъла на активния профил на последния растер зависи от конкретното за дадена леща съотношениe между фокусното разстояние и диаметъра на
оптичния елемент.

 

 

 

 

На Фиг.2 са изобразени приложенията на френеловата оптика.

Предимства на френеловите лещи, които стоят в основата на този вид оптична технология, са:

• те са много тънки - съществено се намаляват загубите от поглъщане на светлината в материала, както и неравномерността в разпределението на тези загуби от центъра към периферията на лещата
• те са много леки - Полиметилметакрилата, поликарбоната, както и по-новите видове материали, имат значително имат значително по-ниска тежест от тази на стъклото.Тъй като тези лещи са много леки и тънки, те са твърде технологични за монтаж в най-различни конструкции.В допълнение такава конструкция, използваща френелови лещи, може да има по-малък брой детайли;
• aсферична френелова леща - позволява да бъде проектирана с много по-къси фокусни разстояния и по-малки f/d числа, отколкото конвенционалните сферични стъклени лещи.По принцип производството на асферични лещи от стъкло е много по-трудно от производството на сферични лещи от стъкло, докато изпресоването на една асферична френелова леща е по-лесен процес;
• от оптическа гледна точка -  правилният асферичен профил на френеловата леща позволява да се избегне надлъжната сферична аберация, която се забелязва при повечето конвенционални сферични лещи. В този смисъл потребността от “корекции на сферична аберация” не се отнася за френеловите лещи;

Именно тези преимущества на френеловите лещи определят основната роля на френеловата оптична технология за високоефективното и ниско по себестойност усвояване на слънчевата радиация, като алтернативен възобновяем източник на енергия.

 

Клетка за слънчев концентратор

Клетката на слънчевия концентратор е самостоятелна единица в изделието. В зависимост от необходимата енергия се определя и броя на клетките.
Клетката представлява затворен обем, в който се предава енергията.

 

Съставните елементи :

• предпазно стъкло или фолио;
• външна алуминиева конструкция;
• френелова леща с размери от ф 125 до ф 250мм;
• приемник, представляващ профилирана Cu /медна/ тръба със специално покритие; изолация за намаляване загубите на енергия;

Френеловата оптика се се поставя в специално изградена мрежа от профили.
Мрежата от френели се обхваща от обща носеща конструкция. Предпазното стъкло се поставя най - отгоре и се уплътнява. Цялата конструкция се обшива и херметизира.

Стойността на температурата на нагряване се регулира чрез местоположението на приемника във вертикала и хоризонтала по фокусното разстояние на френеловата оптика.
За подобряване степента на топлоотдаване, приемника се покрива със селективно соларно температурноустойчиво покритие (HI/SORB – II).
На Фиг.1 е показано оформянето на единична клетка на приемник и общото разположение на френелите върху панела.
Броят на френелите се определя в зависимост от размера на панела.
Френеловата оптика се поставя в специално изградена мрежа от профили.
Мрежата от френели се обхваща от обща носеща конструкция /Фиг.2/. Предпазното стъкло се поставя най - отгоре и се уплътнява. Цялата конструкция се обшива и херметизира.

 

 

 

 Добив на топлинна енергия

     
Общата схема на връзките между слънчевия концентраторен колектор и топлообменника е конвенционална.

Системата работи с подгряващ флуид с широк температурен диапазон (-35° до 120°С). Чрез циркулационна  помпа флуидът непрекъснато циркулира между панела и топлообменника.

Скоростта на циркулация се управлява от електронен блок, в зависимост от t° в топлообменника.
Схемите за реализация са различни, в зависимост от добива на топлинна енергия и нейното разпределение на обекта.

 

Добив на електрическа енергия

        
Слънчевата енергия се преобразува чрез модули от френелови лещи и концентраторни PV клетки в електричество. Добитото електричество е с 3-4 пъти по-евтино от фотоволтаиците, работещи без концентрация и с фиксирана ориентация.
 
Икономическият смисъл с прилагането: заменя се скъпия полупровоников материал с евтини пластмасови лещи, концентриращи енергията в по-малка площ. Самите фотоволтаици работят с много по-високо КПД от 34%, съществува двукоординатна следяща система, което позволява слънцето да бъде уловено през целия ден, а не като такова само мощност в обедните часове.

Възможни са два начина на оползотворяване на енергията: on-grid, връзка с общия енергиен пръстен и off-grid – връзка за задоволяване нуждите на самостоятелни обекти.

Използват се трислойни /GaInP2/GaAs/Ge/ фотоволтаици, което позволява изполозването на диапазон от светлинния поток от 350 до 1750nm.

Управление на концентраторите

За повишаване ефективността за добив на енергия е разработена специална следяща диференциална система, установяваща положението на панела за оптимално перпендикулярно насочване към слънцето. Точното местоположение на панела се определя от диференциален термичен сензор.
В случай на облачни дни /винаги има слънчева радиация/, колектора се управлява по предварително зададени координати, в зависимост от географското местоположение на обекта.

• Допустими отклонения:
  Отклонение по Х(изток – запад) ± 1.8°
  Отклонение по Y(север – юг) ± 1.8°
  Контрол на температурата на :
  -подгряващия флуид - максимална t° - 100 С°;
  -водата в топлообменника - максимална t° - 70 С.°
  Контрол на температурата на въздуха в концентратора (t° на въздуха под френела) - максимална t° на въздуха до 70 С°.
  При критична t° да се подава отместване по Х =15°, и по У=15°,като панела се насочва обратно на посоката на движението на слънцето.
• Управление на помпата за топлоносителя/охладителя
  В зависимост от t°  на флуида да се управлява дебита на конвенционалната помпа – 3 степени:
  t° < t ° на бойлер – изключено
  t° < 20 С° - Iва степен
  20 < t° > 40 С° - IIра степен 
  40 < t° > 70 С° - IIIта степен    
  t° > 100 С° завърта панела

• Обхват на управление
  Максимално отклонение по Х (изток – запад) от 0 до 250°
  Отклонение по Y (север – юг) от 0 до 90°

Контролът на параметрите и работата на системата е възможно да се осъществява локално, чрез дисплей на управляващото табло или компютър, или дистанционно, чрез GSM модем.
При необходимост е възможно задаването на нови контролни параметри на системата, т.е. системата позволява цялостното й препрограмиране.
Окончателните параметри се определят след изготвянето на работен проект.

  Приложение на концентраторите

Възможност за осигуряване на топлинна енергия за хотели, производствени сгради, битови нужди или отопление на отдалечени от населени места обекти – вили, хижи и др.

Възможност за осигуряване на топлинна енергия за хотели, производствени сгради, битови нужди или отопление на отдалечени от населени места обекти – вили, хижи и др.

Тип на панели	SI 48	SI 72
Брой активни точки	48	72
Следяща система	да	да
Активен размер на панела /см/	L	113	157
B	90	120
D	160	160
Ефективна площ кв. m	0,810	1,215
Средна мощност W/h	780 - 1800	1200 - 2600
Тегло /kg/	32	47

 

 

 

 

 

 

 

По поръчка на клиента се изработват и други размери на панела.
Нашите специалисти ще Ви помогнат да определите нужната схема
за отопление на обекта.  

 

Сравнителен анализ на технологиите
за добив на енергия от слънцето

ТИПИЧНИ ЗАГУБИ ПРИ ПЛОСКИТЕ
СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

• Загуби от неуловена дифузна слънчева радиация: при ниски ъгли на падане на слънчевата светлина към повърхността на  слънчевия колектор съществува отражение и част от светлината се губи.
• Загуби в стъклото на колектора: при дадена дебелина; вид материал с присъщ Nd показател; неравна вътрешна повърхност, ако то е оребрено от вътрешната страна.
• Загуби в абсорбиращото покритие на ламелите.
• Загуби от конвекция: нагретия въздух в  колектора контактува директно със стъклото.
• Загуби от обратно излъчване в инфрачервения спектър: ламелът се нагрява особено в периферията, а тръбата с работния флуид е разположена от обратната страна в центъра на ламела, поради което топлината не се отвежда равномерно от флуида и периферията на ламела грее с по висока температура и излъчва съществено по висока топлина. 
• Загуби в тръбата , по която тече флуида, тъй като тя не е топлинно изолирана.
• Загуби в спойката между ламела и тръбата, по която тече работния флуид. Топлинната енергия не пада директно върху тръбата, а преходът се опосредствува от спойката, с която е монтирана тръбата за ламела.
• Загуби от фиксираната ориентация по оста изток – запад. Първо, лятно време общият ход на слънцето по тази ос е от порядъка на 210°, което прави абсолютно невъзможно захващането на слънчевите лъчи в ранните утренни часове и късните следобедни часове. Второ, и през следващите няколко часа имаме съществени загуби от отражение в двете повърхности на стъклото, поради липсата на перпендикулярност на падащите лъчи по отношение на номинала на повърхността на фиксирания колектор. Поради тези причини този тип колектора работят максимално добре по тази ос само в  обедните часове.
• Загуби от фиксираната ориентация по оста юг – север. Загубите от отражение са валидни и вследствие хода на слънцето по тази ос. Лятно време в обедните часове слънцето пада почти перпендикулярно към земята, а колекторите от този тип, като правило са разположени при ъгъл 30° - 45°. При това положение колекторите с фиксирана ориентация дори и в обедните часове работят със загуби от отражение.
• Плоските колектори работят без концентрация на слънчевата светлина, както и вследствие на ниската степен на термоизолация (отгоре са покрити само със стъкло, което директно контактува с външната среда) на практика те могат да обслужват потребителя по същество само през летните месеци, когато температурата на околната среда е достатъчно висока. Потребителят не е в състояние да използва енергията на слънцето през слънчевите, но студени дни през есента, зимата и пролетта.
• Допълнителни загуби в системата има, ако е използвано обикновено стъкло, което пропуска повече енергия, но съществено се увеличават загубите от обратно излъчване в инфрачервения спектър.
• Допълнителни загуби в системата има, ако е използван алуминий, а не мед, като материал за ламелите и тръбите, по които тече работния флуид. Алуминият има по нисък коефициент на топлопроводимост.

ТИПИЧНИ ЗАГУБИ ПРИ ТРЪБНИТЕ
ВАКУУМНИ СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

• Загуби от отразена в двете повърхности слънчева радиация и неуловена дифузна слънчева радиация: при ниски ъгли на падане на слънчевата светлина към повърхността на  слънчевия колектор.
• Загуби в стъклото на колектора: при дадена дебелина; вид материал с присъщ Nd показател.
• Загуби в абсорбиращото покритие на топлоприемника.
• Загуби от обратно излъчване в инфрачервения спектър.
• Загуби от отражение, поради кръглата форма на тръбите. Този вид загуби в системата са съществено по големи за разлика от плоските колектори. Слънчевите лъчи, които падат перпендикулярно на тръбата се отразяват в нейната периферия, поради нарастващия ъгъл под който падат лъчите. Загубите допълнително нарастват от втората пречупваща повърхност с по голям ъгъл, поради нейната геометрия на кръг.
• Загуби от засенчване на тръбите по оста юг – север.
• Загуби от засенчване на тръбите по ооста изток - запад (слънчевите лъчи се застъпват и блокират от отделните тръби) в утрените и следобедни часове.
• Загуби от фиксираната ориентация по оста изток – запад. Първо, лятно време общият ход на слънцето по тази ос е от порядъка на 210°, което прави абсолютно невъзможно захващането на слънчевите лъчи в ранните утрени часове и късните следобедни часове. Второ, и през следващите няколко часа имаме съществени загуби от отражение поради липсата на перпендикулярност на падащите лъчи по отношение на номинала на повърхността на вакуумните тръби. Поради тези причини този тип колектора работят максимално добре по тази ос преимуществено в  обедните часове.
• Загуби от фиксираната ориентация по оста юг – север. Загубите от отражение са валидни и вследствие на хода на слънцето по тази ос. Лятно време в обедните часове слънцето пада почти перпендикулярно към земята, а колекторите от този тип, като правило са разположени при ъгъл 30° - 45°. При това положение колекторите с фиксирана ориентация дори и в обедните часове работят със загуби от отражение.
• Допънителни загуби в системата има, ако е използвано обикновено стъкло, което пропуска повече енергия, но съществено се увеличават загубите от обратно излъчване в инфрачервения спектър.

ТИПИЧНИ ЗАГУБИ ПРИ КОНЦЕНТРАТОРНИТЕ
СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ

• Загуби от неуловена дифузна слънчева радиация: при ниски ъгли на падане на слънчевата светлина към повърхността на  слънчевия колектор съществува отражение, а и френеловите лещи блокират падащите лъчи.
• Загуби в стъклото на колектора: при дадена дебелина; вид материал с присъщ Nd показател.
• Загуби във френеловите лещи: пропускливост на светлината от 92% от 400 - 1100 nm дължина на вълната.
• Загуби в абсорбиращото покритие върху тръбите.
• Загубите от конвекция и обратно излъчване в инфрачервения спектър почти не съществуват поради следните причини:

• нагретият въздух в  колектора не контактува директно със стъклото, а е топлоизолиран чрез пакет от стъкло, въздух и френелова леща от оптичен полиметилметакрилат;
• френеловите лещи пропускат падащите перпендикулярно лъчи и същевременно екранизират и блокират обратното излъчване в инфрачервения спектър;
• концентрираната светлина пада директно върху тръбата с работния флуид и няма никакви опосредствуващи връзки между тях;
• топлина се излъчва само от малко петно, а не от целият ламел и тръба, която при концентраторния колектор е и топлинно изолирана между работещите точки;
• Топлинната енергия се отвежда веднага от работния флуид чрез циркулярна помпа, което допълнително минимизира загубите.

ЗАЩО ДА НАПРАВИМ СВОЯ ИЗБОР В ПОЛЗА НА
КОНЦЕНТРАТОРЕН СЛЪНЧЕВ КОЛЕКТОР?

• Значително по ниска цена при сравнение на инвестирани средства към сумарната получена топлинна енергия от потребителя. По принцип за потребителя е важно колко топлинна енергия получава срещу вложените средства;
• Няколко пъти по висок КПД от плоските колектори при равни условия и значително по висок добив на енергия от колектори с вакуумни стъклени тръби, поради присъщите им загуби от: отражение (кръгла форма на тръбата), фиксирана ориентация, засенчане и др.;
• Двукоординатна следяща система с движение по оста изток – запад от 250°  и движение по оста юг – север от 87°. Това дава възможност пълноценно да бъде уловена слънчевата енергия през целия ден, а не само през обедните часове и то отчасти поради отражението на слънчевата светлина по оста юг - север, както е при колекторите с фиксирана ориентация (лятно време в обедните часове слънчевата светлина пада под ъгъл до 87°, а колекторите са разположени обикновено под ъгъл 30° - 45° по същата ос);
• Целогодишен добив на топлинна енергия, тъй като системата работи с концентрирарана слънчева светлина, за разлика от плоските колектори, които работят при посочените по горе условия по същество основно през летните месеци и потребителят не може да използва слънчевата енергия през слънчевите, но студени дни през есента, зимата и пролетта;
• Пести се покривно пространство или пространство за инсталация приблизително 5 пъти в сравнение с плоските колектори, тъй като комбинираната полза от висок КПД и следяща система дава много повече енергия от единица площ;
• Пакетът от стъкло и френелови лещи минимизират загубите от конвекция в системата;
• Съвременен индустриален дизайн отговарящ на високите технологични възможности на ХХI век.

----------------------     www.iris-d.com -----------------------------------------------------------------------------------

Ще добавя, че технологията се нарича CPV-Concentrated Photovoltaics, Fresnel Lens Technologies. С тези ключови думи ще намерите редица фирми по земното кълбо, които използват фреснеловите технологии.

ne moga da razbera kolko vreme e garancionniq srok tyj kato leshite se proizvejdat ot plastmasa!
Ako nqkoj znae adres na firma koqto instalira takiva syoryjeniq na pokrivite na sgradi, molq go da mi go prati. Osobeno ako firmata e ot ili blizo do Burgas.Blagodarq.

не можем да ти помогнем, но ако решиш да си поръчваш ъв чужбина, задължително им кажи, че са за България, защото доколкото знам от мои познати има разлика ъв колекторите за по-южни и по-северни райони.

G-n Konov,
firma koqto instalira takiva sistemi se namira v Sofia na Adress:
София 1000
ул. "Бачо Киро" No20
тел.: 981 81 60
факс: 981 01 35
Takiva sistemi oba4e ne se instalirat na standartni pokrivni konstrukcii(kakto na vsqka ky6ta naprimer), a na specialno podsileni takiva. Idealni za montaj sa blokovete ot soc stroia, koito mejdu drugoto sa idealni za o6te mnogo solarni, viaturni i energiino effikasni proekti.
Firmata Iris-D OOD izglejda dosta seriozna ako sudime po saita im. Moia opit pokazva, 4e v realnost kartinata za firmata se razminava s tazi ot internet. Opitvah se da se svurja po telefona s tqh dosta vreme i kogato uspeeh, mi se otvru6ta6e na vuprosite po naistina grub na4in bez gram proqva na tolerantnost i biznes otno6enie, abe tipi4no po na6enski.
Dano s tova izkazvane da ne naranqvam ne4ii interesi, koeto ne e celta mi.
Kakto i da e, opitaite vie! Moje da sum popadnal na gre6nia 4ovek, po gre6noto vreme i sum zadal gre6nite vuprosi? Tova ne triabva da vi spira, poneje ako sistemite im za ulaviane i koncentrirane na slun4evata radiacia sa tolkova dobri, kakto sa opisani i ako gi prodavat na cena pod 3Eu za W/H potencialna mo6tnost, to tova si e mnogo obe6tava6t biznes.
Sus zdrave g-n Konov, i molq spodelete za napreduka si ako imate predvid zakupuvane i montirane na solarna sistema (5-15KW), poneje tova 6te e interesno za vsi4ki.
Ps. Prostete za Latinicata

natozi tel. nikoi ne otgovaria!

На този телефон наистина никой не отговаря и отгоре на всичко, когато потърсих в нета (Google) излязоха резултати от сайтове за свалки, ама от тези по-хард - сещате се...Хубава работа...
Изтрит е!