Некоторые особенности испытания тепловых ЭУ

Материалы лекции № 4.5.

Некоторые особенности испытания тепловых ЭУ.

*****

Стенды для испытания тепловых ЭУ. Испытания концентраторов солнечного излучения.

*****

4.5.1. Стенды для испытания тепловых ЭУ

В настоящее время на КЛА преимущественно используются солнечные ЭУ с кремниевыми фотоэлектрическими преобразователями солнечного излучения в электрическую энергию (солнечные батареи). Однако большой практический интерес представляют также солнечные тепловые ЭУ, в которых электрическая энергия вырабатывается за счет преобразования тепла солнечного излучения.

Получение необходимой температуры в последних достигается с помощью концентраторов, которые представляют тобой зеркальные отражающие поверхности (преимущественно сферической или параболической формы). В приемнике происходит превращение сконцентрированного солнечного излучения в тепло, которое затем используется в преобразователе тепловой энергии в электрическую.

Иногда приемник и преобразователь конструктивно объединены. В солнечной тепловой ЭУ предусмотрен также аккумулятор тепла. Солнечные ЭУ могут выполняться по двум основным схемам: с использованием систем прямого преобразования солнечной тепловой энергии в электрическую (термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи); с применением машинных систем преобразования, которые работают по замкнутым термодинамическим циклам Ренкина, Брайтона и Стерлинга.

Рабочее тело представляет газ или жидкость (например, органические жидкости, или расплавленные щелочные металлы).

В зависимости от источника излучения стенды, предназначенные для испытаний солнечных тепловых ЭУ, могут быть двух типов:

Ø  с использованием естественного (природного) солнечного излучения;

Ø  с использованием в качестве источников излучения специальных имитаторов.

Если в процессе наземных испытаний используется естественное солнечное излучение, то необходимо правильно выбрать географическое место для проведения таких испытаний. Предпочтение отдают высокогорным районам, расположенным в южных широтах и имеющим большое число солнечных дней в году. При таких испытаниях установка располагается на специальной подвеске, снабженной автоматическим механизмом слежения за Солнцем. Может быть использована параллактическая (экваториальная) телескопическая подвеска.

На таких стендах проводятся испытания солнечных ЭУ с концентраторами, как небольших размеров, так и довольно крупных, диаметром до 10…15 м. Иногда концентратор делают неподвижным, а для слежения за движением Солнца применяют гелиостат (см. рисунок 4.5.1.), который представляет плоскую отражающую поверхность, состоящую из большого числа фацетов (фасетов).

Для имитации солнечного излучения широкое распространение получили бипараболоидные прожекторные установки с электрическими дуговыми источниками излучения.

Как показано на рисунке 4.5.2., такие установки состоят из двух обращенных друг к другу параболоидных зеркал (концентраторов). В фокусе одного концентратора установлен источник излучения. В фокусе второго концентратора расположен объект исследования. Для воспроизведения космических условий испытуемый объект может быть смонтирован внутри вакуумной камеры, снабженной оптическим окном для ввода излучения.

4.5.2. Испытания концентраторов солнечного излучения.

Концентратор солнечного излучения является важным элементом высокотемпературного источника тепла солнечной ЭУ.

Для создания эффективного высокотемпературного источника тепла необходимо, чтобы геометрическая поверхность концентратора была выполнена с достаточной точностью, а отражающая поверхность обладала высокими оптическими характеристиками. Это связано с решением ряда сложных задач, обусловленным достаточно большими размерами концентраторов, неодинаковостью нагрева, а также воздействием на отражающую поверхность концентратора условий космического пространства (вакуума, микрометеорной эрозии, космической радиации и изменяющихся тепловых воздействий).