Napsugárzást koncentráló nem hagyományos optikai gyűjtőelemek geometriai és energetikai jellemzőinek meghatározása = Determination of geometrical and energetical parameters of non-conventional optical collector elements

摘要

A kutatás abból a feltételezésből indult ki, hogy alkalmasan kiképezett, optikai vezetőkből készült prizmatestekkel lehetséges a napsugárzás jelentős mértékű koncentrációja. A számos lehetséges geometria közül a kúp alakú prizmákat vizsgáltuk, amelyek PMMA anyagból készültek. A vizsgálatok bizonyították a hipotézis helyességét. A mérések során 20 és 40 fok kúpszögű prizmatesteket vizsgáltunk. A lézerfénnyel végzett fénymenet-vizsgálatok alapján a 20 fokos kúpszögű prizmák voltak a legmegfelelőbbek, amelyeknél a számított elméleti koncentráció mértéke 17-szeres volt. A természetes (nap) fényben végzett tartós kísérletek azzal az eredménnyel zárultak, hogy az elérhető maximális fénykoncentráció a vizsgált elemekkel kb. hatszoros. Ez azt jelenti, hogy pl. 800 W/m2 fényáram a prizmatestekkel merőleges beesésnél mintegy 4800 W/m2 értékre növelhető. A tényleges koncentráció a beesési szög függvénye, mérések alapján pontosan megadható. Az alkalmazások szempontjából fontos látószöge a prizmáknak 60 fok, az évszakoktól függően kis mértékben változik. A prizmákkal koncentrált sugárzási energia optikai szálban vezethető, azonban jellemzően a szálhosszal arányos veszteségek lépnek fel. Az eredményeket felhasználva napkollektorokhoz olyan gyűjtőfelület (speciális szolár üveg) alakítható ki, amely az imissziót (visszasugárzást) jelentősen csökkenti, így javítja a kollektor hatásfokát. | The premise of the research work was that suitable formed, made of optical fiber prisms are applicable for concentrate the solar radiation considerably. Some of geometry of prism were theoretically tested, but only the conical prisms were tested in laser and sunlight. The material of prisms was PMMA (poly-metil-metacrilat). The tests showed that the hipothesys was right. The conic angle was 20deg and 40deg at the tested prisms. After laser testing the 20deg conic angle was choosen, where the theoretical concentration of the radiation was approximately 17. The maximum of the measured concentration of sunlight was only 6, what means for example, that an 800 W/m2 incline radiation increased to 4800 W/m2 by the optical prisms. The real concentration is depending on the angle of incidence, of course, which was determine with an all year long test at fixed installation angle prism. The so called operating angle of the prism was 60deg. This parameter is changing during a year in a small measure. The concentrated solar radiation energy can be transmitted in optical waveguides, of course, with losses depending on the lenght of the guide. Based ont he results of the research work, can be made a special collector surface for solar collectors (solar glass with high number of prisms), which may reduces the imission light and so increases the efficiency of the collectors.