• 5

5.4.4. ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ СФЭУ С СИЛЬНОКОНЦЕНТРИРУЮЩИМИ СИСТЕМАМИ

В последние годы разработан ряд проектов и опытных конструк­ций СФЭУ с сильноконцентрирующими системами для космиче­ского и наземного применения.

Так, в работах [40, 41] приведены данные о проекте СФЭУ на основе фотоэлектрических модулей с ДСК, разработанном фирмой TRW (США). Предполагаемая мощность СФЭУ 500 кВт, время функционирования на круговой орбите высотой 435 км до 30 лет. Каркас ФЭМ (рис. 5.21, а) выполнен в форме четырехугольных ячеек, первичные концентраторы представляют собой квадратные

Рис. 5.21. Блок модулей с ДСК (размеры указаны в миллиметрах).

а — ортогональная схема размещения модулей с усеченными параболоидными зеркалами; б — гексагональная схема размещения модулей с неусеченными зеркалами. 1 — парабо- лоидное зеркало; 2 — гиперболоидное зеркало; 3 — СЭ; 4 — защитное покрытие; 5 — ра­диатор; б — светособирающий конус; 7 — каркас; 8 — держатели вторичного зеркала.

вырезки из параболоидных зеркал со стороной 45.5 мм. В другом варианте такой же СФЭУ [46] вместо кремния предполагается использовать ГСЭ на основе GaAs. Наконец, в третьем варианте аналогичной энергоустановки предлагается гексагональная форма каркаса ФЭМ и неусеченные параболоидные зеркала диаметром 52.0 мм, покрытые пленкой серебра (рис. 5.21, б) [42]. В этом слу­чае коэффициент концентрации несколько увеличивается, однако коэффициент заполнения панелей зеркалами снижается с 0.92 до

 

0.85. Проектные параметры всех трех вариантов представлены- в табл. 5.1 (№ 1-3).

Фирмой «Дженерал электрик» (США) разработан проект энерго­установки с квазипараболоидными концентраторами квадратного входного сечения со стороной 51.74 мм (рис. 5.22) [66]. СЭ из GaAs установлен на омедненной подложке из оксида бериллия, которая в свою очередь крепится к ленте из алюминия, упрочненной гра­фитовым волокном. Лента служит для механического и электри­ческого монтажа СЭ, а также для отвода от СЭ тепловых потоков.

Проектные параметры данного варианта установки также приве­дены в табл. 5.1 (№ 4).

 

в миллиметрах)

1 — квазипараболоидное усеченное зеркало, г — СЭ, Я —■ алюминиевая лента, 4 — под­ложка из оксида бериллия, 5 — держатели, в — лицевой контакт, 7 — тыльный контакт.

Под № 5 в табл. 5.1 приведены параметры оптимизированной СФЭУ, которая рассматривалась в качестве примера в предыдущем параграфе.

Из сравнения параметров оптимизированной СФЭУ и других вариантов установок можно заключить, что полученные оптималь-

жые параметры установки в основном соответствуют данным дру­гих источников. Некоторое ухудшение удельных параметров М и Ррассматриваемой установки по сравнению с другими вариан­тами связано с принятыми при расчетах более низкими значениями КПД СЭ, различием принятых условий функционирования и более полным учетом в разработанной модели СФЭУ потерь энергии, свя­занных, в частности, с разбросом оптических параметров ДСК.

 

Рис 5 23 СФЭУ с параболоидными стеклянными концентраторами

Более высокое значение Ксэ в нашем варианте объясняется тем, что температура СЭ в разработанной модели СФЭУ рассчитывалась по более точной зависимости, чем, например, в работе [41] (рас­четное значение Тсэ в этой работе существенно завышено, что не позволило авторам получить более высокие оптимальные уровни освещенности СЭ).

Опытные образцы наземных СФЭУ с сильноконцентрирующими системами разработаны и созданы в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе АН СССР. В установках используются концен­траторы двух типов: параболоидные зеркала и линзы Френеля [67, 68].

СФЭУ с параболоидными стеклянными концентраторами (рис. 5.23) имеет выходную электрическую мощность 200 Вт при напряжении иЭУ « 14 В. Установка состоит из 18 модулей, каждый из которых включает зеркало, ГСЭ и испарительный термосифон, обеспечивающий отвод тепла и поддержание требуемого темпера­турного режима ГСЭ [67]. Модули расположены на двух сбалан­

сированных рамах по 3x3 на каждой. В установке использована азимутально-зенитальная система слежения за Солнцем, обеспе­чивающая точность наведения около 3 угл. мин.

Концентраторы диаметром 500 мм и с таким же фокусным рас­стоянием разработаны и изготовлены в Физико-техническом ин­ституте им. С. В. Стародубцева АН УзССР из листового оконного стекла толщиной 3 мм методом моллирования с последующим на­несением отражающего алюминиевого покрытия, защищенного змалью АК-5164 [69].

 

Рис. 5.24. СФЭУ с линзами Френеля.

В качестве фотопреобразователей использованы ГСЭ со струк­турой «GaAs—j^GaAs—jsAlGaAs, диаметром 17 мм, с радиально- кольцевой контактной сеткой (см. рис. 2.14), напаянные на медные держатели и защищенные от атмосферных воздействий кварцевым стеклом.

Корпуса термосифонов, изготовленные из сплава АМц, имеют наружное оребрение (площадь теплосброса —0.35 м2) и внутренние каналы, частично заполненные диэтиловым эфиром в качестве теп­лоносителя.

Испытания установки подтвердили ее способность эффективно работать в полностью автоматическом режиме при различных по­годных условиях.

СФЭУ с линзами Френеля (рис. 5.24) в конструктивном отно­шении существенно отличаются от установок с параболоидными концентраторами. Они изготовляются в виде моноблоков, содер-

ткащих 8 или 16 линз Френеля и соответствующее количество ГСЭ, размещенных против линз на алюминиевом листе, который выполняет одновременно роль подложки СЭ, радиатора и корпуса блока. Для электроизоляции ГСЭ от корпуса используются пла­стины высокоомного кремния, обладающие высокой теплопровод­ностью.

Линзы Френеля квадратной формы площадью 690 см2 с фокусным расстоянием 320 мм изготовлены из органического стекла методом прессования. Для защиты от атмосферных воздействий линзы всего блока закрыты листом силикатного стекла.

ГСЭ диаметром 17 мм имеют такую же конструкцию, как и в установках с параболоидными концентраторами.

Установки с линзами Френеля также успешно выдержали все испытания в различных климатических условиях.

Важно отметить, что энергозатраты на ориентацию рассмотрен­ных наземных СФЭУ, несмотря на высокую точность слежения (~3 угл. мин), не превышали 0.7 % от вырабатываемой ими элек­троэнергии, т. е. этот фактор в земных условиях совершенно не ограничивает развитие установок такого типа.

В целом анализ результатов проектирования, а также опыт создания и испытаний СФЭУ с сильноконцентрирующими систе­мами и ГСЭ на основе арсенида галлия показывают, что при исполь­зовании высокоэффективных фотопреобразователей, легких и де­шевых концентраторов, простых устройств для отвода тепла и пра­вильном согласовании параметров всех этих элементов между собой на основе комплексной оптимизации установок затраты на их созда­ние и эксплуатацию должны быть примерно на порядок ниже, чем соответствующие затраты на кремниевые СФЭУ без концентраторов. Это свидетельствует о бесспорной перспективности исследований и разработок в данной области и необходимости внедрения их ре­зультатов в практику создания космических и земных СФЭУ.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я