Программа расчета оптимальной конфигурации элементов вторичной оптики и определения оптической эффективности систем концентрации солнечного излучения на основе линз Френеля

НАЗНАЧЕНИЕ

Программа предназначена для определения оптимальной конфигурации элементов вторичной оптики для систем концентрирации солнечного излучения на основе линз Френеля (ЛФ). Для выбранной конфигурации вторичного концентрирующего элемента с заданными геометрическими параметрами производится моделирование и расчет уровня средней концентрации и оптической эффективности системы «линза Френеля – вторичный концентратор» в зависимости от угла разориентации и определяется профиль распределения освещенности по поверхности фотоприемника.

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

В программе реализована имитационная математическая модель, основанная на методе прослеживания прямого хода солнечных лучей через первичную линзу Френеля и вторичный концентратор к приемнику. Параметры первичной линзы Френеля определяются при помощvи «Программы расчета и оптимизации параметров профиля круговых линз Френеля».

Программа позволяет определять среднюю концентрацию излучения на приемнике и оптическую эффективность системы «ЛФ – вторичный концентратор» для следующих вариантов исполнения вторичных концентраторов:

 

Для каждого типа вторичной оптики используются отдельные математические модели и алгоритмы расчета оптико-энергетических характеристик для системы «ЛФ - вторичный концентратор». Эти модели и алгоритмы реализованы в виде новых программных модулей, расширяющих возможности «Программы расчета и оптимизации параметров профиля круговых линз Френеля». Они позволяют прослеживать ход лучей, выходящих из первичной линзы, через все элементы вторичной оптической системы до их попадания на приемник. При этом моделируется дисперсия при прохождении лучей через преломляющие и отражающие элементы системы и учитываются все основные виды потерь энергии на их поверхностях и в объеме: уход лучей мимо верхней (входной) поверхности вторичного концентратора, френелевские потери на верхней и нижней поверхностях калейдоскопа (или покрывающей выпуклой линзы) как с учетом антиотражающего покрытия, так и без него, обратное отражение лучей (не в сторону СЭ, а в сторону верхней поверхности вторичного оптического элемента), поглощение в толще материала преломляющих элементов (в том числе клеевых слоев), потери при зеркальном одно- и многократном отражении от стенок пирамиды и калейдоскопа. С использованием усовершенствованных программных средств для каждого типа вторичной оптики проводятся расчеты распределения сконцентрированного излучения по радиусу приемника, зависимостей среднего коэффициента концентрации на нем и оптической эффективности системы «ЛФ  вторичный концентратор» от угла разориентации.

Номенклатура оптимизируемых типов вторичных концентраторов и вариантов их исполнения может быть изменена в соответствии с требованиями Заказчика. Особенностью разработанных математические модели и алгоритмов является использование принципа уступки, позволившего разрешить противоречие, связанное с различием оптимальных значений параметров вторичных концентраторов получаемых в процессе расчета для условий точной и неточной ориентации, и сформулировать критерий выбора этих параметров. Этот принцип заключается в том, что оптимизация системы проводится независимо по всем имеющимся критериям, а выбор оптимальных параметров производится по одному из них, который принимается главным. Для остальных критериев назначаются величины уступок, которые определяют допустимый уровень снижения показателя эффективности системы по этим критериям. В соответствии с этим принципом оптимизация систем с различными типами вторичных концентраторов проводится дважды: по критерию максимума оптической эффективности при точной ориентации и по критерию ее максимума при характерном заданном значении угла разориентации. В качестве главного критерия может быть выбран любой из двух максимумов.

Основными оптимизируемыми параметрами вторичных концентраторов являются: высота и угол наклона боковых стенок, радиус кривизны входной поверхности покрывающей линзы, при которых достигаются максимальные средняя концентрация излучения на приемнике и оптическая эффективность системы «ЛФ – вторичный концентратор».

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

Результаты расчетов исполнения программы представляются в выходных файлах, которые содержат:

  1. Значения параметров, характеризующих интегральную эффективность системы, включающей оптимальную линзу Френеля и вторичный концентратор с выбранными геометрическими характеристиками (радиус кривизны поверхности покрывающей линзы, наклон стенок и высота вторичного концентратора) и при заданном угле разориентации:
    • среднюю концентрацию на приемнике;
    • абсолютную оптическую эффективность системы.
  2. Значения параметров, изменяющихся по радиусу пятна r для системы с заданными параметрами вторичной оптики:
    • локального коэффициента концентрации в двух сечениях: по оси, проходящей через центр пятна и параллельной одной из сторон линзы (сечение 1) и по оси, проходящей через центр пятна и параллельной диагонали линзы (сечение 2);
    • среднего коэффициента концентрации в пятне радиуса r - Кs(r);
    • доли мощности в пятне радиуса r относительно мощности излучения, прошедшего через линзу `h(r);
    • доли мощности в пятне радиуса r относительно мощности излучения, падающего на входную поверхность линзы - habs(r).
    • локальные и средние коэффициенты концентрации приводятся как в абсолютных единицах плотности светового потока (мВт/мм2), так и в относительных единицах кратности концентрирования излучения (Солнцах).

 

Назад в каталог

 

194021, Санкт-Петербург,
ул. Политехническая, 26
+7 (812)
binardi
Сайт сделан в binardi