Повышение эффективности концентраторов солнечных энергетических установок с высоковольтными фотопреобразователями

2. Разработан метод энергетического анализа концентратора, позволяющий получить информацию о распределении световой энергии по поверхности фотопреобразователей, о требуемой точности работы системы слежения и потерях, связанных с погрешностями в ее работе и об ее влиянии на равномерность распределения световой энергии по поверхности фотопреобразователей; при помощи этого метода рассчитана концентрирующая система, обеспечивающая двустороннюю засветку фотопреобразователя с энергетическим коэффициентом концентрации 20 крат с каждой из сторон.

3. Разработан и изготовлен макет солнечной энергетической установки с концентратором, обеспечивающий двустороннюю засветку фотопреобразователей концентрированным светом и позволяющий регулировать энергетический коэффициент концентрации в пределах до 20 крат с каждой из сторон, предназначенный для испытания фотопреобразователей различных конструкций.

4. Проведены экспериментальные исследования макета концентрирующей системы в натурных условиях. Коэффициент концентрации испытуемого макета составил 19,5 при оптическом КПД концентратора с учетом потерь на отражение от фотоэлектрического преобразователя и идеальной точностью слежения 81 % при диапазоне углов прихода солнечных лучей к фотопреобразователю [-30°; 40°], при использовании более точного механизма юстировки фацетов возможно достижение оптического КПД 90%. Максимальное снижение генерируемой установкой мощности при ошибке слежения на 1° составляет 30% при среднем снижении мощности на 15%.

5. Ширина фокальной плоскости увеличена на 10%, это приводит к увеличению равномерности распределения концентрированной энергии по поверхности фотопреобразователя - неравномерность мощности солнечного излучения снижается с 36% до 26%, снижается оптический КПД системы с 85% до 81%, но при этом увеличивается энергетический коэффициент концентрации на 4,4%.

6. Разработан, изготовлен и внедрен в учебный процесс лабораторно-исследовательский стенд для проектирования солнечных энергетических установок методом физического моделирования углов прихода солнечного излучения и исследования эффектов затенения.

7. Предложены два варианта использования солнечных энергетических установок: для питания сельских объектов, не имеющих централизованного электроснабжения и питающихся от местных дизель-генераторных установок; для питания электрических изгородей и различных электроприборов при отгонном животноводстве. При использовании предложенного типа солнечных энергетических установок, состоящей из 10 модулей, в Краснодарском крае ежегодная выработка электрической и тепловой энергии составляет 2000 кВт•ч/год и 3000 кВт•ч/год соответственно. Стоимость пиковой мощности установки данного типа при необходимой организации производства составляет 108 руб/Вте (3,6 usd/Вте), а тепловой - 78 руб/Втт (2,6 usd/Втт).

8. Использование многопереходных фотопреобразователей с вертикальным p-n переходом с КДП 20% обеспечивает увеличение эффективности производства электрической энергии установкой, по сравнению со стандартным фотоэлектрическим модулем на базе фотопреобразователей с КПД 15%, на 27% при незначительном повышении стоимости установки - увеличение стоимости ФЭП в 10 раз приводит к увеличению стоимости установки на 1%.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях

1. Симакин В. В., Тюхов И. И., Смирнов А. В. Солнечная энергетическая установка для одновременного получения электричества и тепла // Электротехника, №3, 2009. - М.: «Знак», С. 38-42.

2. Тюхов И.И., Смирнов А.В. Проектирование энергоактивных зданий при помощи имитатора движения Солнца // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ им. Горячкина «Агроинженерия» №5(20). - М.: МГАУ, 2006. С. 19-21.

3. Тюхов И.И., Смирнов А.В., Гелиоимитатор как средство проектирования солнечных установок гелиоактивных зданий // Сборник научных трудов и инженерных разработок 7-ой специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Конверсия ОПК». - М.: Эксподизайн-Холдинг, 2006. С. 74-76.

4. Smirnov A.V., Tyukhov I.I., Simulating of sun's path for shadow analysis of solar buildings // 11th International Conference on Solar Energy at High Latitudes “Northern sun 2007”. - Riga, 2007. P. 57-58.

5. Smirnov A. V., Tyukhov I. I. Simulating of Sun's path for shadow analysis of solar buildings, Northsun 2007, 11th International Conference on Solar Energy at High Latitudes, Proceedings on CD. - Riga, May 30 -June 1, 2007, 4 pages.

6. Тюхов И.И., Смирнов А.В., Гелиоимитатор // Возобновляемые источники энергии: Материалы научной молодежной школы / под общей редакцией А. А. Соловьева. - М.: геогр. ф-т. МГУ, 2006. С. 101-104.

7. Смирнов А. В. Использование принципов физического и математического моделирования при разработке солнечных энергетических установок // Труды 6-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» часть 4, «Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология». - М., 2008. С. 176-181.

8. Тюхов И. И., Смирнов А. В. Математическое моделирование солнечных концентраторов. Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные и фундаментальные исследования - новые модели сотрудничества в инновационных процессах». - М.: Эксподизайн-Холдинг, 2008 г. С. 411-415.

9. Смирнов А. В. Математическое моделирование концентраторов солнечной энергии. Возобновляемые источники энергии: материалы научной молодежной школы с международным участием / под общей редакцией А. А. Соловьева. - М.: МГУ, Университетская книга, 2008, Ч.2. С. 68-73.

10. Концепция комбинированной концентраторной СЭУ на основе фотопреобразователей с вертикальным p-n-перходом. Симакин В. В., Смирнов А. В., Кузнецов К. В., Тюхов И. И. Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные и фундаментальные исследования - новые модели сотрудничества в инновационных процессах». - М.: Эксподизайн-Холдинг, 2008. С. 301-305.

11. Смирнов А. В. Моделирование хода лучей в солнечных энергетических установках // Труды IX международного Симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития» / под ред.: Баранова Д. А., Беренгартена М. Г., Вайнштейна С. И. - М.: МГУИЭ, 2009. - С. 96-100.

12. Патент РФ на изобретение № 2382953. Комбинированная солнечно-энергетическая станция / Симакин В.В., Тюхов И.И., Алексеенко В.Н., Смирнов А.В., Захаров Н.М., Тюхов С.И. // БИ. 2010, № 6.

13. Патент РФ на изобретение № 2340009. Установка для моделирования движения Солнца / Тюхов И. И., Смирнов А. В. // БИ. 2008, №33.

Размещено на Allbest.ru