ООО "ЛАМЕТ"

В настоящее время одной из перспективных технологий солнечной энергетики считается использование зеркальных концентраторов солнечного излучения. Отражающая поверхность такого концентратора представляет собой большой вогнутый диск, образуемый одним или несколькими зеркалами. Излучение, отраженное зеркальной поверхностью, оптическая ось которой всегда направлена на Солнце, концентрируется и поступает в приемник теплового двигателя, выполненного по циклу Стирлинга или Брайтона. Общий КПД подобной системы достигает 30%.

Расчетная фокальная плоскость зеркал и, соответственно, перетяжка потока излучения совмещены с входной апертурой приемника. В настоящее время направление диска зеркала на солнце удерживается как правило не посредством следящей системы, а с помощью компьютера по расчетной траектории. При этом может наблюдаться некоторое смещение центра и увеличение диаметра перетяжки относительно расчетных значений из-за различных причин, например, погрешности привода, недостаточной жесткости конструкции при определенных углах наклона зеркала относительно горизонта, влияния ветра и т.д. Поэтому мониторинг этих параметров в течение всего светового дня является весьма эффективным, особенно, на этапе отработки подобных систем.

Используя опыт разработки средств измерений параметров лазерного излучения специалисты ООО «ЛАМЕТ» создали демонстрационный образец болометрического анализатора пучка концентрированного солнечного излучения. Приемным элементом анализатора являлась решетка из тонких болометрических проволок, а обработка информации выполнялась компьютером. Совместная обработка 64-х измерительных каналов позволяла в реальном времени контролировать 8 параметров:

• мощность излучения;
• координаты центра пучка по осям X и Y;
• три оценки размера сечения пучка (по X, по Y и диаметр);
• температуру окружающего воздуха;
• скорость ветра в месте установки приемного элемента.

(последние два параметра использовались для уточнения значения мощности излучения).

Ниже изображен приемный элемент анализатора при проведении испытаний в Национальной Лаборатории Возобновляемой Энергии NREL (США).

В ходе испытаний были продемонстрированы основные достоинства данного технического решения:

• Прозрачность. Приемный элемент, представляющий собой решетку из тонкой проволоки, отбирает из потока (поглощает и отражает) лишь небольшую часть проходящего сквозь него излучения, обеспечивая коэффициент пропускания 99%. Это позволяет устанавливать подобные приемники непосредственно перед различными тепловыми двигателями и мишенями и получать информацию о потоке практически без его искажения и ослабления.
• Высокая стойкость к действию излучения. Тонкие проволочные болометрические элементы благодаря своему эффективному теплообмену с окружающим воздухом могут выдерживать бесконечно долго и без каких-либо мер по внешнему отводу тепла действие излучения с довольно высокой плотностью мощности, недоступной для большинства других элементов и конструкций. Испытанный в NREL приемный элемент выдерживает в условиях открытой атмосферы потоки солнечного излучения с верхней границей диапазона плотности не менее 350 Вт/см2.
• Быстродействие. Тонкие проволочные элементы благодаря своей небольшой массе и эффективному теплообмену с окружающим воздухом обладают малой постоянной времени тепловой релаксации. Постоянная времени элементов разработанного преобразователя составляет порядка 0.1 с и, несмотря на применяемую в данном анализаторе статистическую обработку показаний, вывод текущей информации осуществляется примерно с секундным разрешением, т.е. в темпе, характерном для человеческой реакции. Это качество позволяет создавать приборы для мониторинга потока излучения в реальном времени и для осуществления, если необходимо, обратной связи при управлении солнечными концентраторами.

Ниже представлены образцы протоколов проведения испытаний болометрического анализатора.