научная статья по теме Солнечные модули с полутороидальными концентраторами Науковедение

Текст научной статьи на тему «Солнечные модули с полутороидальными концентраторами»

Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

Стребков Д.С., доктор технических наук, профессор, академик, директор Тверьянович Э.В., кандидат технических наук, начальник отдела Шеповалова О.В., аспирант (Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства)

СОЛНЕЧНЫЕ МОДУЛИ С ПОЛУТОРОИДАЛЬНЫМИ КОНЦЕНТРАТОРАМИ

Солнечные модули с концентраторами - один из основных путей снижения стоимости и повышения КПД фтоэлектрических систем [1-3]. Актуальной задачей является создание стационарных солнечных модулей (СМ) с концентраторами на базе планарных кремниевых ФП с двухсторонней рабочей поверхностью.

На рис. 4.1. представлен разработанный солнечный модуль с цилиндрическим полутороидальным конценратором.

h-A А-А

12 3 4

а) б)

Рис. 4.1. Солнечный модуль с полутороидальным концентратором: а) - общий вид; б) - ход лучей 1 - полутороидальный зеркальный отражатель; 2 - плоскость миделя; 3 - приемник излучения (ПИ) круглой формы; 4 - лицевая поверхность ПИ; 5 - тыльная поверхность ПИ

Концентратор представляет собой У тора, полученную разрезанием тора по продольной плоскости симметрии, внутренняя поверхность полутора зеркальная. Я ~ Г , где Я -расстояние между центром полуокружности и осью симметрии концентратора. Приёмник

излучения с двухсторонней рабочей поверхностью установлен в плоскости миделя, центр симметрии приёмника совпадает с центром симметрии концентратора, габаритные размеры равны диаметру образующих концентратора.

Солнечное излучение поступает на полутороидальный зеркальный отражатель и после одного или нескольких переотражений попадает на тыльную поверхность приемника излучения. Одновременно освещается лицевая поверхность приемника. Геометрический коэффициент концентрации солнечного модуля равен:

K

/ \2 V D У

4

и

K

nD2 1

4 D2

п

для приемника излучения круглой формы диаметром Б1 и для квадратного приемника со стороной Б1, соответственно.

Если приемник имеет только одну рабочую поверхность, обращенную к поверхности зеркального отражателя, то

K =

V D1У

1 = 3

и

D2 =2 d

K = П 4

Di

V D1 У

.2

1 = п-1

D2 =2 D

D =2 D

D =2 D

2

2

Теоритически R = r и D2 = 2D1. В реальных конструкциях R = r + а, где а -

технологический коэффициент, т.е. R = Г В каждой конкретной конструкции а ^ min

и, в общем случае, зависит от размеров приемника излучения (расстояние между элементами в центральном ряду, расстояние от крайних элементов до края корпуса и т.д.) и способа крепления приёмника. При изготовлении СМ задающими являются размеры ФП, размеры СБ на их основе: D2 = 2D1 = 2 ( D1 + а ) о D2 = 2( иёфп + а ), где D2 - внутрен ний диаметр изготавливаемого концентратора, ёфп - размер ФП, n -количество ФП в центральном ряду по оси симметрии СМ.

Исследования показывают, что круглая форма приёмника излучения даёт больший коэффициент концентрации и может быть предпочтительна при использовании единичного ФП круглой формы, а также с точки зрения эстетического восприятия потребителя. Квадратная форма на основе псевдо-квадратных ФП более технологична, и, в общем случае, даёт большую выходную мощность.

На рис. 2 представлены фотографии СМ на основе полутороидальных концентраторов с D2 = 0,1 м; 0,2 м и 0,8 м и приёмниками излучения, соответственно, 0,05 м; 0,1 м и 0,4 м.

В СМ D2 = 0,1 м зеркальный отражатель выполнен штамповкой из листа полированного алюминия, приёмником излучения является У псевдоквадратного ФП 100х100, размер приёмника 0,05х0,05м. В СМ D2 = 0,2м отражатель выполнен из стали и установлен один ФП круглой формы 0 100мм или псевдоквадратной 100х100. В СМ D2 = 0,8м отражатель выполнен штамповкой из алюминиевого листа и покрыт внутри отражающим покрытием. В качестве отражающего покрытия была использована зеркальная плёнка фирмы «Kodac» (Япония) с коэффициентом отражения - 0,98. Приёмник излучения - вадратный, размером 400х400х8 мм3, состоящий из 16 ФП 100х100 (0100). Круглый приемник излучения 0 400х8 мм2, состоит из 14 ФП, размером 100х100 мм и 12 ФП фигурной формы двух типов,

Приёмники излучения выполнены из изготовленных в ВИЭСХе планарных ФП с двухсторонней чувствительностью. ПИ с D1=0,4м выполнены в лаборатории солнечных фотоэлектрических модулей под руководством Потапова В.Н. Зеркальные отражатели выполнены совместно с Ерховым М.В. на ОНО АОМЗ ВИЭСХ.

Электрические параметры солнечных модулей определены расчётным путём по данным испытаний в условиях естественного солнечного облучения.

Рис. 2. Солнечные модули на основе полутороидальных концетраторов с внутренним диаметром а) 0,8 м; б) 0,1 м; в) 0,2 м

На рис. 3 показаны схемы размещения и соединения ФП 100x100 в приёмнике излучения квадратной и круглой формы (тах заполнение) для СМ с полутороидальным концентратором, Б2=0,8 м, вольтамперные характеристики (ВАХ) квадратных приемников излучения и СМ на их основе. Графики подтверждают теоретические выводы.

На рис.4 приведены ВАХ внутренней и внешней рабочих поверхностей для СМ с Б2=0,8 м и приемником излучения квадратной формы с последовательным и последовательно-параллельным (рис. 3, схемы 1, 2) соединением ФП. На рис. 5 - вольтамперные характеристики СМ с полу-тороидальным концентратором при разном внутреннем диаметре Б2 концентратора.

Зеркальный концентратор больших размеров возможно изготавливать из стеклянных или металлических зеркальных фацет. В качестве приемника излучения могут быть использованы также металлические абсорберы с просветляющим покрытием.

Предложенные нами конструктивные решения на основе разработанных солнечных модулей позволяют расширить область применения ФП, решая одновременно задачи энергообеспечения, эстетические и экологические задачи - создать целую серию различных устройств автономных источников энергии для садово-парковой архитектуры, ландшафтного дизайна и т. д.

Достоинством предложенного нами солнечного модуля является коэффициент концентрации 3-4, увеличение эффективного диаметра ФП до 200^400 мм и использование как прямого, так и рассеянного солнечного излучения в пределах апертурного угла 180°, что делает его очень привлекательным для потребителя источником электроэнергии.

Рис. 3. Схемы размещения и соединения ФП в приемнике излучения СМ с й2=0,8м: 1 - последовательное соединение; 2 - последовательно-параллельное и ВАХ приемников излучения 1 и 2 (линии 1; 2) и СМ на их основе (линии 1'; 2'). Е=1 кВт/м2; Т=25°С

Рис. 4. Вольтамперная характеристика внутренней ( ) и внешней ( ) рабочих поверхностей СМ 0,8м: 1 - последовательное соединение ФП; 2 - последовательно-параллельное. Е=1 кВт/м2; Т=25°С

Рис. 5. Вольтамперные характеристики СМ с полутороидальным концентратором при разном внутреннем диаметре концентратора. Е=1 кВт/м2; Т=25°С

Список литера туры

1. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005 - 264 с.

2. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентрирующие системы для солнечных электростанций // Теплоэнергетика, 1999, № 2. - С. 10-15.

3. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М.: Энегроатомиздат, 1990. - 391 с.

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