териалов увеличить КПД преобразования. Применение концентраторов позволяет увеличить температуру горячего спая до 1000° С.

К недостаткам солнечных генераторов с концентраторами относятся их высокая стоимость, необходимость точной ориентации по солнцу, усложнение устройств теплоотвода и относительно непродолжительное время работы из-за ухудшения характеристик термобатареи в условиях работы горячих спаев при повышенных температурах.

В СССР выполнен большой объем исследований, связанный с разработкой солнечных генераторов с концентраторами. Экспериментальный ТЭГ ГУ-2 в 1955-1956 гг. разработан Энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН). В качестве концентратора использовано прожекторное параболическое зеркало диаметром 2 м с фокальным пятном диаметром 30 мм. Термоэле-

Рис. Х.14. Вариант конструкции термобатареи солнечного генератора:

/ - уплотняющее кольцо из вакуумной резины; 2 -цилиндры из алюминия; 3 - электроизолирующая прокладка; i-отражающий экран; 5 - коммутационные пластины; 6 - компенсатор расширения; 7 - ветви термоэлемента; 8 - пластмассовый корпус; 9 - уплотняющая гайка нз электроизо1Яци-онного материала; 10 - коммутационная шина [8].

менты из ZnSb и константана, количество элементов 840. При облучении температура горячих спаев достигала 420° С (холодные спаи при 20°С). Применена азимутально-зенитная схема суточного вращения с автоматической коррекцией. Генератор развивал мощность 20-40 Вт при КПД 1,4-2,0% [11]. В этом же институте был испытан генератор с концентратором диаметром 1 м; р-ветвь термобатареи изготовлена из BijTeg, п-ветвь - из BisTcg - ShgTcg. В испытаниях при разности температур АГ = 180° С получена мощность 10,2 Вт. Расчетная мощность 13,6 Вт при ДГ = 230 К- Генератор являлся моделью для установки мощностью 1 кВт [7].

Конструкция макета генератора, являющегося имктатором части киловаттного солнечного генератора [8], приведена на рис. Х.14. Ветви термоэлемента имеют длину 1,3 см, поперечное сечение 1,3 X 0,6 см, количество термоэлементов в батарее 25. Сопротивление генератора после сборки 0,156 Ом, в том числе 0,02 Ом приходится на коммутацию медными гибкими шинами по холодной стороне термобатареи. Коммутационные пластины по горячей стороне изготовлены из материала на основе никеля. Коммутация осуществлялась методом, при котором термическая обработка спая приводит к образованию соединения с температурой плавления выше максимальной рабочей температуры генератора.Такие соединения образованы на основе буферного материала из никеля или селена. Диффузия проводилась в восстановительной среде при 600- 700° С на протяжении 20 мин. Омическое сопротивление контакта

10 *- 10 * Ом см. Электропроводность коммутационного спая

11 ООО Ом~* см~*. Сопротивление перехода практически не изме-нялосьза 1200 ч работы при 450° С на воздухе. Коммутация холод-

ных спаев производилась припоем Bi - Sn - РЬ на предварительно палладированную поверхность термоэлемента. Общая площадь сечения ветвей 39 см, облучаемая площадь генератора 140 см, площадь коммутационных пластин на 13,5% меньше облучаемой площади. Концентратор - алюминиевый параболоид диаметром 1,4 м с фокусным расстоянием 820 мм.Температура холодных спаев 25- 30° С при температуре охлаждающей воды 18° С.Результаты испытаний генератора приведены в табл. X. 4.

Таблица Х.4

Параметры варианта солнечного термоэлектрогенератора с оптическим концентратором [8]

Солнечный термогенератор для водоподъемной установки СВ-1 мощностью 500 Вт разработан в ЭНИН совместно с Физико-техническим институтом АН ТССР [18, 25, 60]. Генератор развивал напря-

Рис. Х.15. Конструкция солнечного генератора малых размеров с теплоотводящим рефлектором:

/ - рефлектор; 2 - полусферический коллектор; 3 - термоэлемент 4 - теп-лоотвод [31].

Рис. Х.16. Схема термобатареи с термоэлементами различной длины: е. 7 - теплоизоляция нз асбеста; г - коммутационные пластины горячих спаев; 3, 5 - термоэлемелты; 4 - керамические металли рованные пластины-S - металлический защитный обод; 9 - ступенчатый медный диск; J0 - резиновая прокладка; -стяжные болты; /г - водяной штуцер; /3 - стальная цилиндрическая крышка; 14 - мет лличе кое дно; IS - выводы контрольных термопар; 16 - токовые клеммы от кождой кольцевой термобатареи [2].

жение 20 В; в нем использован параболический концентратор диаметром 4,86 м с механизмом суточного слежения и годового склонения. Полученная электроэнергия использовалась для питания электромотора постоянного тока, которым привздится в действие водяной насос.

В Институте полупроводников АН СССР разработан солнечный генератор, набранный из малых концентраторов [31]. Его рефлекторы имеют размеры, приблизительно равные размерам автомобильной фары. Алюминиевые рефлекторы использованы и для рассеяния тепла. На теплоотводе в фокусе рефлектора размещен термоэлемент (рис. Х.15). Приемником тепла является полусферический коммутационный элемент.Из таких генераторов набирают батарею мощностью 60 Вт. Аналогичная конструкция для космических целей несколько позднее разработана в США. Рассчитано [5], что в таких конструкциях оптимальное отношение температур (К) концентратора и горячего спая равно 0,75.

В Физическом институте АН АзССР разработана конструкция термогенератора [2], в котором выравнивание температурного по--ля горячих спаев достигнуто применением элементов различной высоты. Вначале проводится калори-метрированце фокального пятна пя нахождения распределения энергии. Использовано зеркало параболического, типа диаметром 1,5 м. Термоэлементы р-типа из

Рис. Х.17. Конструкция термобатареи с цилиндрическим коллектором лучистой энергии: /, S - теплоизоляторы; 2, 9 ~ крепления труб охлаждения; 3 - трубка водяного охлаждения; 4 -термобатарея; 5 - стенка коллектора; 6 - электроизоляция; 7 - конический отражатеЛь; 10 - место крепления батареи [17].

BigTeg- SbgTeg, п-типа из BigTeg - BiaSeg (рис. Х.16) припаяны радиально к медному ступенчатому диску диаметром 220 мм. Охлаждение термобатареи водяное. Радиус кольцевых секций - 100; 90; 80; 70; 60; 50; 40; 30 мм, длина термоэлементов - 23; 20; 16; 12; 8,5; 6,6; 6мм. При облучении температура на горячих спаях термоэлементов соответственно 168; 176; 80; 195; 210; 217; 203; 187° С, температура холодных спаев 42° С. Генератор развивал электрическую мощность 16 Вт. КПД термогенератора около 3,5%, КПД солнечного генератора в целом 1,5%.

Для улучшения оптических и теплотехнических свойств коллекторов лучистой энергии вместо плоских площадок используют полости - цилиндрические, сферические и др. В Институте.электроники АН УзССР [17] разработан солнечный генератор такого типа (рис. Х.17). Коллектор выполнен снаружи в виде двадцатигранной призмы из материала с большим коэффициентом теплопроводности (алюминия) высотой 120 мм; внутри призмы - цилиндрическая полость диаметром 60 мм. В дно полости вмонтарован конический

ч о га Н

С: 374

оптический отражатель. Термобатареи состоят из BiaTcs - BijSea-и BiaTeg - SbjTes. Общее количество элементов 360. Холодные спаи охлаждались водой. Испытания батареи проводились с концентратором диаметром 1,5 м. Прн перепаде температуры 220° С выходная мощность достигала 30 Вт, КПД 2,5%. Перепад температуры по внутренней полости - не более 40 К.

Применение каскадных термоэлементов позволяет улучшить характеристики солнечного термогеиератора. В работе [95] описана энергетическая установка с параболоидным зеркалом диаметром 2,4 м. При перепаде температуры 380° С КПД установки составляет 6,5% при мощности генератора 200 Вт. КПД каскадного генератора превышает 10%. Электрическая энергия используется для питания центробежного насоса. Параметры солнечных термогенераторов с оптическими концентраторами приведены в табл. X. 5.

3. Солнечные термогенераторы для космоса

Кроме основной характеристики солнечного генератора - КПД преобразования - в генераторах для космоса существенными являются масса генератора на единицу электрической мощности, радиационная стойкость, надежность и ресурс. Сравнительный анализ с иными генераторами солнечной энергии (фотоэлектрическими, эмиссионными) показывает, что термоэлектрический метод преобразования является перспективным.

Рис. Х.18. Схема плоского солнечного космического генератора: 7 - солнечная радиация; 2 - отвод тепла.

Рис. Х.19. Макет плоского солнечного генератора:

/ - термоэлементы; 2 - изоляция; 3 - излучатель; 4 - коллектор; S - сварка

Генераторы без оптических концентраторов. Содержат пластину или ряд пластин - приемников излучения - и пластины, из лучающие прошедшую через термоэлементы тепловую энергию (рис X. 18). Между пластинами монтируются термоэлементы небольших размеров (около 2,5 мм и менее). Материал термоэлементов РЬТ* или тройные соединения на основе BiTeg. В работе [39] предложен! использовать термоэлементы из прессованного РЬТе размерами 2,5 X 1,0 X 1 мм (больший размер вдоль теплового потока). К концам термоэлемента припаяны полоски алюминиевой фольги толщиной 0,05 мм. Испытания тепловыми ударами от 300 до-196° С