научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ С АСИММЕТРИЧНЫМ ПАРАБОЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ КОНЦЕНТРАТОРОМ, ЛИНЕЙЧАТЫМ ФОТОПРИЕМНИКОМ И ВТОРИЧНЫМИ ОТРАЖАТЕЛЯМИ СО СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМОЙ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ С АСИММЕТРИЧНЫМ ПАРАБОЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ КОНЦЕНТРАТОРОМ, ЛИНЕЙЧАТЫМ ФОТОПРИЕМНИКОМ И ВТОРИЧНЫМИ ОТРАЖАТЕЛЯМИ СО СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМОЙ»

Статья поступила в редакцию 17.07.15. Ред. рег. № 2306

The article has entered in publishing office 17.07.15. Ed. reg. No. 2306

УДК 621.40 doi: 10.15518/isjaee.2015.13-14.006

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ С АСИММЕТРИЧНЫМ ПАРАБОЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМ КОНЦЕНТРАТОРОМ, ЛИНЕЙЧАТЫМ ФОТОПРИЕМНИКОМ И ВТОРИЧНЫМИ ОТРАЖАТЕЛЯМИ ТО СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМОЙ

В.А. Майоров, Л.Н. Лукашик

Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) 129128 Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2 Тел.: 8 (499) 171-96-70, 8 (915) 297-42-48; e-mail: solarlab@mail.ru, tsn37@mail.ru

Заключение совета рецензентов: 20.07.15 Заключение совета экспертов: 23.07.15 Принято к публикации: 26.07.15

В работе рассмотрены новые фотоэлектрические модули, включающие фотоприемники и концентраторы и обеспечивающие эффективное преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Проведено математическое моделирование для создания алгоритма расчета конструкции теплофотоэлектрического модуля с заданными энергетическими параметрами и с использованием законов геометрической оптики, а также тепло- и массообмена. Приводятся математические модели расчета оптико-энергетических параметров солнечного модуля с линейчатым фотоприемником и со вторичными отражателями асимметричного параболоцилиндрического концентратора. Показаны следующие расчетные зависимости: распределения концентрации освещенности на поверхности линейчатого фотоприемника от ширины фокальной области; углов полного отражения от вторичных отражателей концентрированного излучения от параметрического угла у; геометрических размеров верхнего и нижнего отражателей от параметрического угла у; координатного расположения (профиля) вторичных отражателей относительно фотоприемника. Профиля модуля (на основании которого в Avtocad вычерчены лекала для изготовления концентратора и модуля в целом); величины продольного затенения фотоприемника AL, зависимости временного интервала tp простоя двигателя системы слежения, количества интервалов (работы двигателя) в единицу времени к от угла отклонения (параметрического угла у) падающего солнечного излучения на мидель концентратора, зависимости расхода электроэнергии двигателем системы слежения в течение дня, года.

Использование подобных модулей, в основе которых находится параболоидный концентратор и фотоприемник с системой протока теплоносителя, дает возможность создания когенерационных установок для выработки электричества и тепла.

Макетные образцы, разработанные по данной методике, исследуются в настоящее время на соответствующих стендах и испытываются в натурных условиях.

Ключевые слова: солнечный фотоэлектрический модуль, параболоцилиндрический концентратор, фотоприемник, вторичный отражатель, следящая система, угол склонения.

INVESTIGATIONS THE OPTICAL-POWER PARAMETERS OF THE SOLAR MODULES IN AN ASYMMETRICAL PARABOLIC-CYLINDRICAL CONCENTRATOR, WITH PHOTODETECTOR AND SECONDARY REFLECTOR

WITH TRACKING SYSTEM

V.A. Mayorov, L.N. Lukashik

All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) 2, 1st Veshnyakovskii str., Moscow, 129128, Russia Tel.: 8 (499) 171-96-70, 8 (915) 297-42-48; e-mail: solarlab@mail.ru, tsn37@mail.ru

Referred: 20.07.15 Expertise: 23.07.15 Accepted: 26.07.15

The paper discusses the new photovoltaic modules, which include photodetectors and hubs and provide efficient conversion of solar energy into heat and electricity. The mathematical modeling to create a design algorithm for calculating thermal solar module with the specified energy parameters and using the laws of geometric optics, as well as heat and mass transfer. Mathematical models for calculating the optical parameters of the solar energy module ruled photodetector and secondary reflectors asymmetric parabolic-cylindrical concentrator. Showing calculated according to the following: the concentration distribution of light on the surface of the detector of the line on the width of the focal region; angle of total reflection of the secondary reflectors concentrated

radiation from the parametric angle y; the geometric dimensions of the upper and lower reflectors from the parametric angle y; coordinate location (profile) of the secondary reflector relative to the photodetector. Profile module (on the basis of which patterns are drawn in Avtocad for manufacturing the hub unit and as a whole); the longitudinal shading photodetector depending AL time interval tp idle engine tracking system, the number of intervals (engine running) per unit time k by the angle of deviation (parametric angle y) of the incident solar radiation on the midsection hub, depending on engine power consumption tracking system.

The use of such modules is based parabolic-cylindrical concentrator and a photodetector with a coolant flow system allows the creation of co-generation plants to generate electricity and heat.

Prototypes were developed by this method being explored at the respective stands and tested in field conditions.

Keywords: solar photovoltaic module, parabolic-cylindrical concentrator, a photodetector, a secondary reflector, tracking system, the angle of declination.

Владимир Александрович Майоров Vladimir A. Mayorov

Сведения об авторе: канд. техн. наук, зав. лабораторией ВИЭСХ, профессиональный опыт 47 лет.

Образование: Всесоюзный заочный политехнический институт (1979), Московский физико-технический институт (1985).

Область научных интересов: теплофизика, теплотехника, гелиотехника.

Публикации: свыше 80.

РИНЦ: 33, индекс Хирша - 1, SPIN 1183-0275.

Scopus: 4 публикации.

Information about the author: Ph.D., All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture, head of laboratory, senior research associate; professional experience of 47 years.

Education: All-Union Correspondence Polytechnic Institute (1979), Moscow Institute of Physics and Technology (1985).

Research area: thermal physics, heat engineering, solar technology.

Publications: more than 80.

РИНЦ: 33 publications, H-index - 1, SPIN 1677-3738.

Scopus: 4 publications.

Людмила Николаевна

Лукашик Lyudmila N. Lukashik

Сведения об авторе: канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории солнечных электростанций и нетрадиционных источников энергии ВИЭСХ, профессиональный опыт 43 года.

Образование: Томский политехнический институт (1972), Университет Дружбы народов им. Патриса Лумумбы (1979).

Область научных интересов: химическая физика, теплофизика, теплотехника, гелиотехника.

Публикации: свыше 30.

РИНЦ: 5, индекс Хирша 0. Scopus: 1 публикация.

Information about the author: Ph.D., research associate laboratory of the solar power and alternative energy sources, All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture, professional experience of 43 years.

Education: Tomsk Polytechnic Institute (1972), Patrice Lumumba University of Friendship of Peoples (1979).

Research area: physical chemistry, thermal physics, heat engineering, solar technology.

Publications: more than 30.

РИНЦ: 5 publications, H-index 0. Scopus: 1 publication.

Разработка и создание тепловых модулей в настоящее время является одним из направлений развития солнечной энергетики.

В работе рассмотрены новые фотоэлектрические модули, включающие фотоприемники и концентраторы, обеспечивающие эффективное преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. Проведено математическое моделирование для создания алгоритма расчета конструкции теплофото-электрического модуля с заданными энергетическими параметрами с использованием законов геометрической оптики, а также тепло- и массообмена. При использовании подобных модулей, в основе которых

находится параболоидный концентратор и фотоприемник с системой протока теплоносителя, возможно создание когенерационных установок для выработки электричества и тепла. Разработанные по такой методике макетные образцы исследуются на соответствующих стендах и испытываются в натурных условиях.

Целью работы является исследование солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором, линейчатым фотоприемником с матричными фотопреобразователями [1], системой охлаждения, системой слежения, разработанного и изготовленного на основе математических моделей.

Научная новизна работы заключается в создании и исследовании фотоэлектрических установок на основе высоковольтных (с напряжением до 15-18 В в отличие от традиционных 0,5 В в дискретных элементах) матричных фотоэлектрических преобразователей и концентраторов солнечного излучения различной конструкции, в том числе модулей солнечных элементов, системы автоматического слежения.

Солнечный фотоэлектрический модуль состоит из параболоцилиндрического концентратора с миделем размером ЯхЬ, где Ь - длина цилиндрической оси концентратора; планарного фотоприемника, выполненного из скоммутированных параллельно-последовательно высоковольтных или планарных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) шириной й, закрепленного на устройстве охлаждения и установленного в фокальной плоскости концентратора. Обеспечение оптимальной работы достигается соотношением конструктивных параметров модуля (фотоприемника и концентратора) при необходимых значениях концентрации и равномерности освещения фотоприемника. С целью увеличения выработки электроэнергии модуль закреплен на опоре с устройством слежения за Солнцем.

Схема конструкции фотоэлектрического модуля с линейчатым фотоприемником и вторичными отражателями в составе с асимметричным параболоцилинд-рическим концентратором представлена на рис. 1.

Схема конструкции фотоэлектрического модуля с параболоцилиндрическим концентратором и ходом лучей от поверхности концентратора до поверхностей линейчатого фотоприемника шириной й представлена на рис. 2.

Рис. 1. Схема конструкции фотоэлектрического модуля с линейчатым фотоприемником и вторичными отражателями в составе с асимметричным параболоцилиндрическим

концентратором: 1 - концентратор; 2 - стойки крепления концентратора; 3 - линейчатый фотоэлектрический приемник с солнечн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком