Разработка и исследование неследящих солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.08, кандидат наук Филиппченкова Наталья Сергеевна

• Филиппченкова Наталья Сергеевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Филиппченкова Наталья Сергеевна

Введение

Глава 1. Обзор основных типов и характеристик солнечных энергетических установок

1.1. Солнечные энергетические установки

1.1.1. Фотоэлектрические модули

1.1.2. Тепловые солнечные установки

1.1.3. Комбинированные фотоэлектрические тепловые установки

1.2. Солнечные концентрирующие системы

1.2.1. Преломляющие концентрирующие системы

1.2.1.1. Призматические концентрирующие системы

1.2.2. Отражающие концентрирующие системы

1.2.3. Концентрирующие системы, на основе жалюзийных гелиостатов

1.2.4. Анализ характеристик солнечных концентраторов

1.3. Системы слежения за Солнцем

1.4. Интегрированные в конструкции зданий солнечные модули как элемент архитектурного дизайна

Выводы по главе

Глава 2. Теоретическое исследование солнечных концентраторных модулей с отклоняющими оптическими системами на основе линейных жалюзийных гелиостатов (ЛЖГ)

2.1. Межламельные эффекты в неследящих солнечных концентраторах с жалюзийными гелиостатами

2.1.1. Блокировка и затенение

2.1.2 «Пропускание» солнечного излучения

2.2. Алгоритм расчета потока солнечного излучения на приёмной поверхности неследящего параболоцилиндрического концентратора с жалюзийным гелиостатом

2.2.1. Системы координат и направляющие векторы солнечных лучей

2.2.2. Траектории солнечных лучей после отражения от ламелей

2.2.3. Прямое прохождение солнечных лучей к зеркальной поверхности параболоцилиндра

2.3. Ориентация неследящего солнечного концентратора с жалюзийным гелиостатом

2.3.1. Определение продолжительности работы солнечного модуля с параболоцилиндрическим концентратором и отклоняющей оптической системой на базе жалюзийных гелиостатов

2.3.2. Разработка алгоритма управления жалюзийным гелиостатом

Выводы по главе

Глава 3. Разработка солнечных модулей с различными типами концентраторов и приемниками солнечного излучения

3.1. Разработка конструкций концентраторов и системы жалюзийных гелиостатов

3.2. Фотоэлектрический приемник солнечного концентраторного модуля (РУ-модуль)

3.3. Теплофотоэлектрический приемник солнечного концентраторного модуля (РУТ-модуль)

3.4. Тепловой приемник солнечного концентраторного модуля

3.5. Привод жалюзийного гелиостата

Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование экспериментального концентраторного солнечного модуля

4.1. Конструкция экспериментального образца концентраторного солнечного модуля с системой жалюзийных гелиостатов

4.1.1. Разработка конструкции и изготовление теплофотоэлектрического приемника

4.2. Программа и методика натурных испытаний

4.3. Приборы и оборудование, применяемые для испытаний экспериментального концентраторного солнечного модуля с системой жалюзийных гелиостатов

4.3.1. Температурные датчики и система автоматической регистрации экспериментальных данных

4.4. Определение реального коэффициента отражения зеркальной поверхности макета параболоцилиндрического концентратора

4.5. Результаты натурных испытаний экспериментального концентраторного солнечного модуля

4.5.1 Вольт-амперная характеристика РУ(Т)-приемника концентраторного солнечного модуля

4.5.2 Анализ электрических параметров PV-приемника концентраторного солнечного модуля

4.5.3 Анализ электрических и тепловых параметров PVT-приемника концентраторного солнечного модуля

4.6. Сравнение экспериментальных и расчетных данных

Выводы по главе

Глава 5. Исследование технико-экономических характеристик и основных областей применения солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами

5.1. Перспективы развития рынка солнечной энергетики в России и мире

5.2. Общие положения по оценке экономической эффективности солнечных концентраторных модулей с отклоняющими оптическими системами на основе линейных жалюзийных гелиостатов

5.3. Оценка капитальных затрат на установку солнечных концентраторных модулей с линейными жалюзийными гелиостатами

5.4. Предварительная оценка потока солнечного излучения на приемной поверхности солнечных концентраторных модулей с линейными жалюзийными гелиостатами при интеграции в фасады зданий

5.5. Оценка экономической эффективности солнечных концентраторных модулей с ЛЖГ

5.5.1. Оценка прогнозируемой выработки энергии солнечными концентраторными модулями с ЛЖГ

5.5.2. Оценка экономической эффективности солнечных концентраторных модулей с ЛЖГ с различными типами приемников

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А Блок-схема системы управления поворотом жалюзийного

гелиостата

Приложение Б Принципиальная схема системы автоматического измерения

основных параметров солнечного концентраторного модуля

Приложение В Протоколы натурных испытаний солнечного

концентраторного модуля с различными типами приемников

Приложение Г Акт внедрения результатов диссертационного исследования

ВВЕДЕНИЕ

Освоение экологически чистых возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является стратегической задачей, определяющей перспективы устойчивого и энергонезависимого развития многих стран в условиях постепенного истощения дешевых запасов ископаемого органического топлива и угрозы все большего антропогенного загрязнения окружающей среды. Многие технологии использования ВИЭ уже сегодня достигли уровня конкурентоспособности с существующими источниками энергии и постепенно выходят на рынок, в том числе и российский.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование неследящих солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами»

Актуальность работы.

Применение концентрирующих систем - один из основных способов снижения стоимости энергии, вырабатываемой солнечными модулями. Поскольку во многих областях с централизованным энергоснабжением остро стоит вопрос энергоэффективности городской застройки, использование интегрируемых в здания концентраторных солнечных модулей позволит снизить потребность в централизованном электро- и теплоснабжении. Интегрируемость традиционных концентрирующих модулей в крыши и фасады зданий значительно затруднена, так как их работа требует постоянной ориентации на Солнце. Неследящие концентраторы представляют больший интерес для интеграции, поскольку их сравнительно большая угловая апертура позволяет работать без слежения за Солнцем. Однако продолжительность их работы в летний период снижается до 2-4 часов в сутки, в другие периоды года солнечные лучи могут вовсе не попадать в пределы угловой апертуры концентратора. Расширить временной интервал, в течение которого поступающие на входную поверхность концентратора солнечные лучи попадают на приёмник излучения, можно с помощью расположенного на входной поверхности концентратора жалюзийного гелиостата. Устройство представляет собой параллельные ряды синхронно работающих узких зеркальных полос - ламелей. Ламели жалюзийного гелиостата устанавливаются под таким углом к поверхности входа, чтобы солнечные лучи, вышедшие в результате суточного или годового движения Солнца за пределы

угловой апертуры, после отражения от зеркальных ламелей вновь попали в пределы апертуры солнечного концентратора.

Таким образом, использование жалюзийных гелиостатов может значительно повысить эффективность неследящих солнечных концентраторов, в том числе модулей, установленных на фасадах административных и жилых зданий, что особенно актуально в южных регионах с большой долей прямой солнечной радиации.

Цель работы - повышение производительности неследящего солнечного концентратора за счет установки на его входной поверхности жалюзийного гелиостата.

Задачи исследования:

1. Выполнить анализ современного состояния и перспектив использования концентрированного солнечного излучения в солнечных энергетических установках с различными типами фотоприёмников.

2. Разработать алгоритм управления линейным жалюзийным гелиостатом для повышения эффективности неследящего параболоцилиндрического концентратора.

3. Разработать алгоритм расчёта потока солнечного излучения на приёмной поверхности неследящего параболоцилиндрического концентратора с жалюзийным гелиостатом.

4. Разработать конструкцию, изготовить и провести экспериментальное исследование неследящего солнечного концентраторного модуля с жалюзийным гелиостатом.

5. Провести исследование перспективных областей применения и технико-экономическое обоснование использования неследящих солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись следующие методы исследования: системный анализ, методы оптимизации, экспериментальные методы исследования. Использовались методы

математического моделирования, обработка расчетных и экспериментальных данных выполнена с использованием программ Mathcad, Microsoft Office Excel.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработан алгоритм управления зеркальными ламелями жалюзийного гелиостата, использование которого значительно повышает эффективность работы неследящего солнечного концентратора.

2. Разработан алгоритм расчета потока солнечного излучения на приёмной поверхности параболоцилиндрического солнечного концентратора с жалюзийным гелиостатом исходя из рассмотрения практически важной трёхмерной задачи.

3. Разработаны конструкции четырех типов неследящих концентраторов с жалюзийными гелиостатами, имеющие нулевые потери на затенение и блокировку. На разработанные солнечные концентраторные модули получены четыре патента РФ: №2576752, №2576742, №2576739, №2580462.

4. Разработана конструкция теплофотоэлектрического приемника солнечного излучения для солнечных концентраторных модулей, обеспечивающая тепловой КПД модуля в пределах 60..70%, срок службы не менее 25 лет. На разработанный теплофотоэлектрический приемник для солнечных концентраторных модулей получен патент РФ №2546332.

Теоретическая и практическая значимость исследования состоит в следующем:

- формирование научно-обоснованного подхода к разработке неследящих солнечных модулей с системой линейных жалюзийных гелиостатов и выбору режима эксплуатации разработанных модулей в зависимости от различных требований потребителя тепловой или электрической энергии;

- материалы диссертационной работы могут быть использованы при разработке технологических схем и конструкций фотоэлектрических, тепловых и когенерационных энергоустановок с концентраторами солнечной энергии;

- разработанная для исследования работы солнечных модулей система автоматического измерения основных параметров может быть использована совместно с различными типами солнечных модулей (тепловых, PV и PVT) и

позволяет с требуемой периодичностью регистрировать заданные характеристики с последующим сохранением массива данных в форме, удобной для дальнейшей обработки;

- предложенная конструкция солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами с увеличенной продолжительностью работы, устанавливаемых на фасады зданий, может решить проблему нехватки площади для размещения объектов солнечной энергетики на территории города, а также обеспечить теплом и электроэнергией потребителей жилого и общественного сектора;

- результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия», что подтверждено соответствующим актом о внедрении.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Использование разработанного алгоритма управления зеркальными ламелями жалюзийного гелиостата значительно повышает эффективность работы солнечного концентратора - на приемной поверхности концентратора с угловой апертурой 18° в окрестностях Сочи годовая сумма солнечной радиации увеличивается в два раза.

2. Алгоритм расчета прохождения солнечных лучей по зеркальной поверхности ламелей и параболоцилиндра, реализованный в виде компьютерной программы, позволяет рассчитать поток солнечной радиации на приемной поверхности солнечного концентратора с относительной погрешностью не более 5%.

3. Конструкция компактного РУТ приемника, разработанного для неследящего параболоцилиндрического солнечного концентратора, обеспечивает тепловой КПД модуля на уровне 60..70% при сроке службы не менее 25 лет.

4. Использование неследящих концентраторных модулей с жалюзийным гелиостатом позволяет снизить стоимость производимой электроэнергии по сравнению с концентраторными модулями без жалюзи на 40-60%, тепловой энергии- на 50%.

Личный вклад автора состоит в том, что им:

- разработаны оптические схемы и конструкции различных типов солнечных модулей с жалюзийными гелиостатами и концентраторами, имеющие нулевые потери на затенение и блокировку солнечного излучения;

- разработан алгоритм управления жалюзийным гелиостатом, исключающий блокировку и затенение солнечных лучей соседними ламелями;

- разработан алгоритм расчета потока солнечного излучения на приемной поверхности неследящего параболоцилиндрического концентратора с жалюзийным гелиостатом;

- разработана конструкция и изготовлен макет неследящего солнечного концентраторного модуля с жалюзийными гелиостатами для экспериментального исследования энергетических характеристик;

- проведено экспериментальное исследование неследящих солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами с различными типами приёмников в натурных условиях. Для экспериментального исследования работы солнечных модулей автором разработана система автоматического измерения основных параметров, позволяющая с требуемой периодичностью регистрировать заданные характеристики с последующим сохранением массива данных в форме, удобной для дальнейшей обработки;

- проведено технико-экономическое обоснование использования неследящих солнечных концентраторных модулей с жалюзийными гелиостатами.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на: 9-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ, 21-22 мая 2014 г.), Всероссийской научной конференции с международным участием и IX научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии» (г. Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 11-14 ноября 2014 года), Международной заочной научно-практической конференции 2016 г. «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика», ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (г. Воронеж, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 3-7 октября 2016 г.), Всероссийской научной конференции с международным участием и X научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии» (г. Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 10-13 октября 2016 года), Международной конференции 13-14 июня 2017 г., Академия наук Республики Узбекистан НПО «Физика-Солнце».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 24 научные работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 статьи в Scopus, получено 5 патентов на изобретение.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 126 наименований и 4 приложения. Диссертация изложена на 163 страницах текста, 11 страниц приложения, содержит 116 рисунков, 12 таблиц.

Глава 1. Обзор основных типов и характеристик солнечных энергетических установок

1.1 Солнечные энергетические установки

В настоящее время преобладают три основные технологии преобразования солнечной энергии:

- получение электрической энергии в результате фотоэлектрического эффекта с помощью солнечных элементов, соединенных в батареи (англ., photovoltaic, PV);

- получение тепловой энергии в результате нагрева теплоносителя от солнечного излучения с помощью гелионагревательных установок (англ., solar power, SP);

- солнечные тепловые электростанции с концентраторами и термодинамическим циклом.

В современном мире широкое распространение получили солнечные фотоэлектрические модули на основе планарных солнечных элементов. Наряду с фотоэлектрическими системами большое распространение получили тепловые солнечные коллекторы плоской и трубчатой вакуумированной конструкций. Руководствуясь возможностью комбинирования, удешевления и оптимизации этих систем, ведутся исследования во всём мире по совмещению двух этих систем в одну гибридную систему, сохраняя положительные стороны каждой из них и борясь с отрицательными. Исследования в этой области в основном направлены на усовершенствование конструкций, оптимизацию щелевых зазоров между солнечными элементами и остеклением, а также между тыльной стороны абсорбера (радиатора солнечных элементов) и изоляции модуля. Большое внимание уделяется толщинам всех компонентов, компоновкам систем (естественная, принудительная циркуляция; одинарный, двойной контур нагрева), долговечности модуля и сроку службы и, соответственно, сроку его окупаемости.

1.1.1 Фотоэлектрические модули

КПД современных СЭ из кремния составляет 14-22%. В теоретических работах показано, что за счет использования энергетических уровней в запрещенной зоне можно расширить диапазон спектральной чувствительности и увеличить КПД до 44% для кремния и до 64% для полупроводника с шириной запрещенной зоны 2,5 эВ [1, 2]. Для солнечного излучения КПД СЭ из кремния в лаборатории достигает 25%, в промышленных условиях 16-20%. Для каскадных гетероструктур на основе арсенида галлия максимальный достигнутый в лаборатории КПД составляет 42%, в промышленности 36%, в составе концентраторных модулей 23,5-26% [3].

Солнечные модули на базе арсенида галлия GaAs обладают высоким КПД (для однопереходных СЭ около 28 % [4]), повышенной способностью к поглощению СИ, устойчивостью характеристик при высоких рабочих температурах и целым рядом других важных особенностей. Среди тонкопленочных СЭ высокой способностью к поглощению СИ обладают СЭ на основе диселенида меди-индия (CuInSe2) - до 99 % света поглощается в первом микроне этого материала, ширина запрещенной зоны данного полупроводника составляет 1,0 эВ [5]. Солнечные модули изготавливаются на напряжения 12, 24, 36 В и более высокое напряжение, они не боятся коротких замыканий, но очень чувствительны к затенению части поверхности. При последовательном соединении ток модуля определяется током наименее освещенного СЭ. При объединении СЭ в модуль, имеющий п параллельных рядов, в каждом из которых объединены последовательно т элементов, выходное напряжение и ток системы составят соответственно ивых = и0 -т, /вых = 10 - п.

1.1.2 Тепловые солнечные установки

Основным конструктивным элементом тепловой солнечной установки является солнечный коллектор, в котором происходит преобразование солнечной энергии в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя.

Основой плоского коллектора является светопоглощающая поверхность, которая должна иметь надежный контакт с рядом труб или каналов для движения нагреваемого теплоносителя. Совокупность плоской лучепоглощающей поверхности и труб образует единый конструктивный элемент - абсорбер. Для лучшего поглощения солнечной энергии верхняя часть абсорбера должна иметь специальное поглощающее селективное покрытие. Снижение тепловых потерь от абсорбера в окружающее пространство достигается за счет использования теплоизоляции, которая закрывает нижнюю поверхность абсорбера, и светопрозрачной изоляции, размещаемой над абсорбером на определенном расстоянии от него. Все перечисленные элементы помещаются в корпус, и производится уплотнение прозрачной изоляции - остекление [6]. К числу принципиальных преимуществ плоского коллектора по сравнению с коллекторами других типов относится его способность улавливать как прямую, так и рассеянную солнечную радиацию. Это позволяет устанавливать коллектор стационарно без необходимости слежения за Солнцем.

В солнечных коллекторах с концентраторами используются оптические системы (зеркала или линзы) для увеличения плотности потока солнечного излучения на поверхности, поглощающей энергию, возможно достижение более высоких температур, чем в плоских коллекторах. В основном фокусирующие устройства эффективно концентрируют только прямую радиацию. Однако, системы, работающие при малых степенях концентрации, могут также фокусировать на приемник и часть рассеянной радиации. Поэтому для фокусирующих систем большое значение имеет ориентация концентратора и приемника, требующая слежения за Солнцем.

1.1.3 Комбинированные фотоэлектрические тепловые установки

Коэффициент полезного действия солнечной фотоэлектрической установки зависит от материала солнечного элемента и его конструкции. Основными причинами снижения эффективности работы фотоэлектрических

преобразователей является осаждение пыли на их поверхности и нагрев материала под воздействием излучения в дневное время суток. Как следствие, повышение температуры снижает количество вырабатываемой электроэнергии. Так, например, увеличение температуры кремниевых солнечных модулей на 1°C снижает эффективность модуля на 0,4...0,5 % [7]. Поиски путей к преодолению перечисленных выше негативных факторов привели к интеграции фотоэлектрических преобразователей с плоскими солнечными коллекторами и созданию на их основе нового вида установок, так называемых когенерационных фотоэлектрических тепловых модулей (англ., photovoltaic thermal modules, PVT).

В работе [8] подробно рассмотрен PVT-модуль с трубчато-листовым теплообменником (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Общий вид PVТ-модуля с трубчато-листовым теплообменником

Основным недостатком такого типа PVТ-модуля является низкая эффективность преобразования солнечной энергии в теплоту в связи с плохим тепловым контактом каналов теплообменника с солнечными элементами и большими тепловыми потерями. Основным недостатком PVТ-системы, представленной на рисунке 1.2 (а) и в работе [9], следует отметить малый срок службы модуля с использованием этиленвинилацетата в качестве заполнителя [10]. Также следует отметить большие тепловые потери ввиду плохой лицевой изоляции от внешней среды.

Основной задачей оптимизации конструкции, представленной на рисунке 1.2 (б) и в работе [11] является оптимизация размера зазоров с теплопроводящим слоем и охлаждающей жидкостью.

а)

б)

Рисунок 1.2 - Поперечное сечение: а) PVT-модуля, б) PVT- коллектора

При усовершенствовании конструкции теплофотоэлектрического модуля, показанного на рисунке 1.3 и описанного в работе [12], где абсорбер изготовлен в виде прямоугольника в сечении, возможно изготовление абсорбера в виде V-образного треугольника, который представлен на рисунке 1.4 и в [13]. Благодаря такому изменению конструкции уменьшаются тепловые потери, а также возможно изготовление теплофотоэлектрического модуля, как с воздушным, так и жидкостным теплоносителями.

Hot air Out

Рисунок 1.3 — Поперечное сечение PVT-коллектора с прямоугольными каналами

абсорбера

V-grove shape Photovoltaic module

Aluminium casing Insulator

Рисунок 1.4 — Поперечное сечение PVT-коллектора с V-образными

каналами абсорбера

Применяя все положительные аспекты конструкций, указанных выше, возможно увеличение обшей эффективности РУТ-модуля, однако в случаях, когда температура теплоносителя недостаточна по каким-либо причинам, целесообразно применение концентраторных параболических систем малой концентрации (рисунок 1.5) [14, 15].

а) б)

Рисунок 1.5 - РУТ-модули с параболическими концентраторами двух типов. В качестве теплоносителя используется воздух (а) и вода (б)

В работе [16] представлена разработка и исследование системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для индивидуального жилого дома. Авторы проекта использовали гибридный солнечный коллектор (рисунок 1.6) в качестве основного преобразователя солнечной энергии. По результатам экспериментального исследования эффективность получения тепловой энергии составила 42% [16].

В работе [17] подробно рассмотрена методика расчёта распределения энергетического баланса фотоэлектрического теплового модуля. Недостатками известных установок являются также невысокий коэффициент полезного действия, большая материалоемкость, поэтому актуальным является вопрос повышения эффективности преобразования солнечной энергии в РУГ-модуле и, как следствие, снижение удельных затрат на получение электроэнергии и тепла. Также следует удешевлять, упрощать и оптимизировать саму конструкцию теплофотоэлектрических модулей, что снизит срок окупаемости.

Рисунок 1.6 - РУТ - модуль (гибридный солнечный коллектор) [16]

1.2. Солнечные концентрирующие системы

Системы концентрирования по способу собирания лучистой энергии можно разделить на:

- преломляющие (линзы и призменные концентраторы);

- отражающие, т. е. зеркала с образующими различной формы;

- концентраторы с использованием голограмм, которые получают путем регистрации в слое светочувствительного материала интерференционной картины от двух когерентных пучков излучения;

- люминесцентные солнечные концентраторы, представляющие собой светопрозрачную пластину из люминесцирующего материала. Световой поток, попадая в плоскость пластины, переизлучается за счет люминесценции красителя на боковую грань, которая является фокальной поверхностью.

По степени концентрации можно разделить на три группы:

- сильноконцентрирующие - степень концентрации более 100 крат (параболические концентраторы, линзы, линзы Френеля)

- средней концентрации от 10 до 100 крат (сильноконцентрирующие высокой степени расфокусировки, а также некоторые призматические и цилиндрические концентраторы)

- слабоконцентрирующие - менее 10 крат (квазистационарные и стационарные, люминесцентные и голографические концентраторы).

1.2.1. Преломляющие концентрирующие системы

К преломляющим концентраторам можно отнести [18]:

1. Концентрические линзы Френеля, выполненные в виде концентрических преломляющих элементов с прямыми/кривыми образующими рабочих поверхностей;

2. Линейные (цилиндрические) линзы Френеля с преломляющими элементами в виде треугольных призм;

3. Дисперсионные линзы Френеля;

4. Голографические концентраторы.

В работе [19] рассмотрен солнечный концентраторный модуль с трехкаскадными наногетероструктурированными фотоэлектрическим

приемниками (ФЭП), а также условия эффективного концентрирования излучения линзами Френеля и отвода тепла от ФЭП. Измеренное в натурных условиях значение КПД концентраторного модуля с входной апертурой 0,5х0,5 м составило 24,3%, что превышает значение КПД планарных модулей на основе кремния в два раза. В тестовых модулях меньшего размера при введении коррекции на стандартную температуру (25°С) температуру ФЭП значение КПД достигало 26,5%. В рассматриваемой конструкции модуля используются круговые линзы Френеля с коническими микропризмами постоянной ширины. На это значение увеличивается фокальное пятно. Шаг профиля был выбран равным 0,25 мм исходя из ограничений, накладываемых технологией изготовления прецизионных матриц для линз Френеля. В этом случае размер фокального пятна увеличивается в основном за счет хроматической аберрации.

На рисунке 1.7 представлены тестовые образцы полноразмерного концентраторного модуля.

Л ^

Рисунок 1.7 - Тестовые образцы линз Френеля (40х40 и 60х60 мм) и физических моделей теплоотводов, соответствующих размерам линз, со смонтированными на них каскадными ФЭП

К достоинствам линз Френеля следует отнести высокие конструктивные качества, удобство монтажа в несущие конструкции с высокой степенью заполнения занимаемой площади, необходимая точность систем слежения за Солнцем может быть меньшей, чем для зеркальных концентраторов, что значительно упростит конструкцию и повысит надежность работы солнечного модуля со следящим концентратором. Наряду с преимуществами концентрирующие системы на основе линз Френеля имеют ряд особенностей. Прежде всего, это наличие хроматических аберраций [20]. К недостаткам линз Френеля можно отнести потери на френелевское отражение, которые превышают потери на стеклянных отражателях, ограничение угла раскрытия до 45°, связанное с повышением потерь энергии за счет взаимного затенения преломляющих рисок, при этом общие потери от затенения и френелевского отражения могут составить около 15% [21, 22].

Одним из перспективных направлений разработки концентрирующих систем является использование голографических концентраторов. Для использования совместно с фотоэлектрическими приемниками голографическое устройство должно иметь высокую эффективность (не менее 90 %) и обеспечивать разложение излучения в достаточно широком спектре рабочих частот, при которых возможно фотоэлектрическое преобразование энергии. Отношение граничных частот солнечного излучения, соответствующих энергетически значимому для фотоэлектрического преобразования диапазону,

составляет около 2:1. В известных экспериментальных образцах голографических фотоэлектрических преобразователей сегодня достигнута эффективность около 30% (двухмерные голограммы), а для трехмерных голограмм - 93... 97% [23].

1.2.1.1. Призматические концентрирующие системы

Призматические концентраторы [24, 25] представляют в поперечном сечении призму, имеющую переднюю принимающую грань, заднюю грань с отражающим покрытием, расположенную под углом а к передней грани, и поверхность выхода концентрированного излучения. Работает концентратор следующим образом: излучение падает на переднюю грань под углом /, преломляется, отражается от задней грани и приходит на переднюю грань под углом г3>гт, где гт - угол полного внутреннего отражения для материала призмы с коэффициентом преломления п [26]. На рисунке 1.8 представлен солнечный модуль на основе трапецеидальных линейных призматических концентраторов [18].

Основными недостатками призматических концентраторов являются большие светопотери в прозрачном материале призм, большой расход прозрачного материала (стекла или органического стекла), относительно высокие весовые характеристики, низкая удельная мощность фотопреобразователя.

Рисунок 1.8 - Блок фотоэлектрических модулей пиковой мощностью 9 Вт, 12 В [18]

Солнечный модуль на основе призматического концентратора с зеркалом Френеля иллюстрируется на рисунке 1.9 [18].

Рисунок 1.9 - Макетный образец солнечного модуля на основе призматического концентратора с зеркалом Френеля: диаметр описанной окружности шестигранника 260 мм, толщина 20 мм, диаметр СЭ 50 мм, рабочая площадь зеркала Френеля 285 см , жидкость -кремний-органическая, концентрация излучения 14,5, электрическая мощность при КПД СЭ

12% - 2,9 Вт [18]

1.2.2. Отражающие концентрирующие системы

К отражающим концентраторам можно отнести фоконы, фоклины, цилиндрические, параболоцилиндрические, параболоидные, гиперболоидные, жалюзийные гелиостаты, системы Кассегрена, Ньютона и т.д. (рисунок 1.10)

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филиппченкова Наталья Сергеевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М. Основы фотоэлектричества // - М.: изд. ГНУ ВИЭСХ, 2007, - 289 с.

2. Поулек В., Либра М., Стребков Д., Харченко В. Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. Теория и практика использования солнечной энергии. // - Москва - Прага, изд. ГНУ ВИЭСХ, 2013, - 321 с.

3. Стребков Д.С., Пенджиев А.М., Мамедсахатов Б.Д. Развитие солнечной энергетики в Туркменистане / Под ред. академика РАСХН Д.С. Стребкова. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012. - 496 с.

4. Green M., Emery K., Hishikawa Y., Warta W., Dunlop E. Solar cell efficiency tables //Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2012. V. 20. P. 12-20.

5. Гременок В.Ф., Тиванов М.С., Залесский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых. Минск: Центр БГУ, 2007. 222 c.

6. Dufflie J.A., Beckman W.A. Solar engineering of Thermal Processes: second ed. New York: John Wiley and Sons Inc, 1991. 919 p.

7. Гибридные солнечные коллекторы PVT. URL: http://ecology.md/page/gibridnye-solnechnye-kollektory-pvt (дата обращения 04.03.2016).

8. Zakharchenko R., Licea-Jime'nez L., Pe'rez-Garci'a SA, Vorobeiv P., Dehesa Carrasco U., Pe'rez-Robels JF., et al. Photovoltaic solar panel for a hybrid PV/thermal system // Sol Energy Mater Sol Cells. 2004. № 82 (1-2). P. 253-261.

9. Bergene T., Lovvik O. Model calculations on a flat-plate solar heat collector with integrated solar cells // Solar Energy. 1995. № 55. P. 453-462.

10. Florschuetz L.W. Extension of the Hottel-Whiller model to the analysis of combined photovoltaic/thermal flat plate collectors // Sol Energy. 1979. №22(4). P. 361-366.

11. Sandnes B., Rekstad J. A photovoltaic/thermal (PV/T) collector with a polymer absorber plate: experimental study and analytic model // Solar Energy. 2002. № 72 (1). P. 63-73.

12. Ibrahim A, Jin GL, Daghigh R, Salleh MHM, Othman MY, Ruslan MH, et al. Hybrid phot ovoltaic thermal (PV/T) air and water based solar collectors suitable for building integrated applications. American Journal of Environmental Sciences 2009;5: 618-24.

13. Othman MYH, Ruslan H, Sopian K, Jin GL. Performance study of photovoltaicthermal (PV/T) solar collector with V-grooved absorber plate. Sains Malaysiana 2009;38:537-41.

14. Alfegi MEA, Sopian K, Othman MYH, Yatim BB. Transient mathema tical model of both side single pass photovoltaic thermal air collector. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences 2007;2:22-6.

15. Стребков Д.С., Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечный тепло -фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №1/2, С. 35-39.

16. Севела П., Олесен Б. Гибридный солнечный коллектор / Павел Севела, Бьёрн Олесен // Sunstainable Building Technologies (осень 2013) с. 90-97

17. Тихонов П.В. Обоснование параметров фотоэлектрического теплового модуля : дис. канд. техн. наук. М., 2014. 142 с.

18. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентраторы солнечного излучения. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007. 315 с.

19. Андреев В.М., Давидюк Н.Ю., Ионова Е.А., Покровский П.В., Румянцев В.Д., Садчиков Н.А. Оптимизация параметров солнечных модулей на основе линзовых концентраторов излучения и каскадных фотоэлектрических преобразователей // Журнал Технической физики, 2010, том 80, вып.2, с. 118-125.

20. Саммер В. Фотоэлементы в промышленности, пер. с англ. под ред. Н.С. Хлебникова, М. - Л., Госэнергоиздат, 1961, 568 с. с черт.

21. Лидоренко Н.С., Жуков К.В., Набиуллин Ф.Х., Тверьянович Э.В. Перспективы использования линз Френеля для концентрирующих систем гелиотехнических установок // Гелиотехника. 1977. №4. С. 22-25

22. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фотоэлектрической энергетики. - М., Информэлектро, 1988, 50 с.

23. Уваров В.В., Жабо В.В., Роганков М.П., Сельскохозяйственная теплоэнергетика и окружающая среда. М.: Колос, 1984. с

24. Стребков Д.С., Филиппченкова Н.С. Разработка солнечных модулей с призменными концентраторами и отклоняющими оптическими системами // Теоретический и научно-практический журнал «Инновации в сельском хозяйстве», №3(8)/2014. С. 149-153.

25. Mills D.R., Guitranich I.E. Ideal prism solar concentrators // Solar Energy, 1978, vol. 21, pp. 432-430.

26. Тверьянович Э.В. Выбор конструктивных параметров призменных концентраторов солнечного излучения // Гелиотехника. 1981, №6, с. 16-19.

27. Edmonds I., Solar Energy Materials. URL: https://www. sciencedirect.com/journal/solar-energy-materials (дата обращения 11.01.2014).

28. Патент на изобретение № 2172903 РФ, МПК F24J2/26. Солнечный модуль с концентартором / Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е., Кидяшев Ю.К., Семененко В.Ф., Ананенков А.Г., Неелов Ю.В., Якупов З.Г., Исаева А.Н., Данько Е.М. № 2000108561/06; опубл. 27.08.2001.

29. Патент на изобретение № 2252371 РФ, МПК F24J 2/14, F24J 2/34. Солнечный модуль с концентратором / Содномов Б.И., Стребков Д.С., Тюхов И.И. № 2003120707/06; опубл. 20.05.2005, Бюл. № 14.

30. Кивалов С.Н., Захидов Р.А. Применение концентрирующих систем для фотоэлектрического преобразования солнечного излучения // Гелиотехника. 2001. № 3. С. 66-78.

31. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Тюхов И.И., Иродионов А.Е., Ярцев Н.В. Солнечные концентраторные технологии для энергообеспечения зданий // Гелиотехника. 2002. № 3. С. 64-68.

32. Евдокимов В.М., Кивалов С.Н., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Улучшение энергетических характеристик модулей со стационарными концентраторами // Гелиотехника. 2001. № 4. С. 38-44.

33. Тепляков Д.И., Тверьянович Э.В. Линейные жалюзийные гелиостаты СЭС: косинусные и межжалюзийные эффекты // Гелиотехника. 1993. № 4. С. 5458.

34. Тепляков Д.И., Тверьянович Э.В. Линейные жалюзийные гелиостаты СЭС: потери радиации // Гелиотехника. 1993. № 5. С. 54-57.

35. Тепляков Д.И., Тверьянович Э.В. Линейные жалюзийные гелиостаты СЭС: потери выработки энергии // Гелиотехника. 1993. № 6. С. 63-70.

36. Патент на изобретение № 2133415 РФ, МПК F24J 2/42, F24J 2/08, H02N 6/00. Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты)/ Безруких П.П., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е. // № 98108658/06; опубл. 20.07.1999. Бюл. №20

37. Патент на изобретение № 2303205 РФ, МПК F24J 2/42 , F24J2/14 . Стребков Д.С., Базарова Е.Г., Тарасов В.П. Солнечная энергетическая установка (варианты). № 2006109214/06; опубл. 20.07.2007. Бюл. №20

38. Базарова Е.Г. Повышение эффективности использования солнечной энергии в энергетических установках с концентраторами: дис. канд. техн. наук. М., 2018. 142 с.

39. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С. Анализ характеристик солнечных модулей с концентраторами // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2015 №12.С. 21-23.

40. Vorobiev Y., Horley P., Gonzalez-Hernandez J. Experimental and Theoretical Evaluation of the Solar Energy Collection by Tracking and Non-Tracking Photovoltaic Panel // ISES 2005 Solar World Congress, Orlando, Florida, August 6-12, 2005.

41. Поворотное устройство для слежения за Солнцем. URL: http://selteq.com. (дата обращения 13.01.2016).

42. Патент на изобретение № 2298860 РФ, МПК H01L 31/042, F24J 2/54. Прокопов О.И., Ярмухаметов У.Р. Солнечная электростанция. № 2005105145/28; опубл. 10.05.2007. Бюл. №13

43. Патент на изобретение № 2482401 РФ, МПК F24J 2/54. Никитин Б.А., Тихонов П.В., Харченко В.В., Тихонов А.В. Установка автоматического

слежения приемной панели за солнцем. № 2011121234/06; опубл. 20.05.2013. Бюл. №14.

44. Солнечный трекер ED-2000 Dual. URL: http://energy-ds.ru/catalog/generating/solnecnye-trakery/ed2000d.html (дата обращения 15.02.2016).

45. Omar A.M., Shaari S., Omar A.R., and Yahaya M.R.Y. An Automated Solar Photovoltaic Biaxial Tracking System: SolT2A // Power and Energy Conference, IEEE International. 2006. pp. 44-47.

46. Chun-Sheng W., Yi-Bo W., Si-yang L., and Yan-chang P. Study on automatic sun-tracking technology in PV generation // Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Third International Conference. 2008. pp. 2586 - 2591.

47. Li G., Shi X., Fu C., and Zhou G. Design and implementation of a novel MPPT controller based on sun tracking technology // Electrical Machines and Systems, ICEMS 2008. International Conference. 2008. pp. 2611 - 2615.

48. Пшеннов В.Б. Методика определения энергетической эффективности электроприводов гелиоустановок с концентрацией потока лучистой энергии: автореферат дис. к. т. н.: 05.09.03. Москва. 2009.

49. Сорокин Г.А. Электроприводы энергетических гелиоустановок без концентрации излучения : автореферат дис. к. т. н.: 05.09.03. Москва. 2005.

50. Тхеин Л.У. Исследование и разработка автоматических систем управления мобильных солнечных энергетических энергетических установок в условиях длительного затенения: автореферат дис. к. т. н.: 05.13.06. Москва. 2010.

51. Овсянников Е.М. Электроприводы гелиоустановок наземного и космического базирования. Теория и практика: автореферат дис. д. т. н.: 05.09.03. Москва. 2003.

52. Сравнение сервоприводов и шаговых двигателей. КИП-Сервис. Промышелнная автоматика. URL: http: //kipservis.ru/kipia_primenenie/servoprivod_i_shagovie_dvigateli.htm (дата обращения 23.01.2016).

53. Эконет.ру: BAPV и BIPV-солнечные панели. В чем разница. URL: http://econet.ru/articles/81109-bapv-i-bipv-solnechnye-paneli-v-chyom-raznitsa (дата обращения 01.03.2015).

54. Kurtz S. Opportunities for development of a mature concentrating photovoltaic power industry. In: CS MANTECH conference; 2009.

55. Reijenga T. Photovoltaic building integration concepts - what do architects need. In: Proc. IEA PVPS Task 7 workshop Lausanne featuring a review of PV products, IEA PVPS Task 7; 2000.

56. Reijenga T. Photovoltaics in the built environment. In: Proc. 2nd world solar electric buildings conference; 2000.

57. Tripanagnostopoulos Y. Building integrated concentrating PV and PV/T systems. In: Proceedings of the Eurosun 2008; 2008.

58. Chemisana D, Rosell J.I. Design and optical performance of a nonimaging Fresnel reflective concentrator for building integration applications. Energy Conversion and Management, Renewable Energy 85:564-572 January 2016.

59. Татроф. URL: https://tatprof.ru (дата обращения 04.09.2016).

60. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С. Неследящие солнечные концентраторы с жалюзийными гелиостатами: межламельные эффекты // Гелиотехника. 2015. № 4. С. 72-78.

61. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С.Неследящие солнечные концентраторы с жалюзийными гелиостатами: алгоритм расчета // Гелиотехника. 2017. № 1. с. 43-47.

62. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука. 1973. 832 с.

63. Выгодский М.Я. Аналитическая геометрия. Учебное издание / М.: Физматгиз. 1963. - 528 с.

64. Филиппченкова Н.С., Стребков Д.С. Неследящие солнечные концентраторные модули с жалюзийными гелиостатами // Возобновляемые источники энергии: Материалы Всероссийской научной конференции с

международным участием и Х научной молодежной школы: сборник / Под ред. С.В. Киселевой. - М.: Университетская книга, 2016. - 374 с.: табл., ил. C. 335-341.

65. Базарова Е.Г., Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Тарасов В.П. Оптимальная ориентация неследящего солнечного концентратора // Теплоэнергетика. 2008. № 12. С. 9-12

66. Российская Астрономическая Сеть. URL: http://www.astronet.ru (дата обращения 05.06.2016).

67. Шевченко Л.П. Архитектура и климат Южно-Российского региона: Учеб. пособие для вузов/Под ред. Шевченко Л.П. - Ростов-на-Дону: Рост. гос. арх. ин-т, 1998. - 183 с.

68. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С. Разработка алгоритма управления жалюзийным гелиостатом неследящего солнечного концентратора // Фундаментальные и прикладные вопросы физики: Труды международной конференции 13-14 июня 2017 г., Академия наук Республики Узбекистан НПО «Физика-Солнце», 2017. - 289 с.: табл., ил. С. 162-166.

69. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Выпуск 08. Москва и Московская область. Л.: Гидрометеоиздат. 1990 г. - 256 с.

70. Патент на изобретение № 2576742 РФ, МПК H02S 10/00, F24J 2/42, F24J 2/18. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С. Солнечный модуль с концентратором. № 2014118543/06; опубл. 10.03.2016. Бюл. №7

71. Патент на изобретение № 2580462 РФ, МПК F24J 2/42, F24J 2/18. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Никитин М.А., Филиппченкова Н.С. Солнечный модуль с концентратором. № 2015104574/06; опубл. 10.04.2016. Бюл. №10.

72. Патент на изобретение № 2576752 РФ, МПК H02S 10/30,F24J 2/42. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Панченко В.А, Филиппченкова Н.С. Солнечный модуль с концентратором. № 2014119843/06; опубл. 10.03.2016. Бюл. №7.

73. Патент на изобретение № 2576739 РФ, МПК H02S 10/30,F24J 2/42. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Филиппченкова Н.С. Солнечный модуль с концентратором. № 2014119842/06; опубл. 10.03.2016. Бюл. №7.

74. Part 1: Photovoltaic Cells. ITACA. URL: http://www.itacanet.org/a-guide-to-photovoltaicpanels/photovoltaic-pv-cells (дата обращения: 24.04.2016).

75. Mихеев MA., Mихеева И.M. Основы теплопередачи. Mосква: Изд-во «Энергия», 1977. 344 с. с ил.

76. ЭВА Evathene UE653-04. URL: http://www.rusplast.com/catalog/eva/11383/

77. 2011 NEW THIN FILM GLAS PHOTOVOLTAIC MODULE RUS. URL: http : //www.power.eltehno .ru/prod/pass/85643_ss_photovoltaic_module_rus .pdf

78. Zondag H.A., de Vries D.W., van Helden W.G.J., van Zolengen R.J.C., Steenhoven A.A.The yield of different combined PV-thermal collector designs // Solar Energy. 2003. № 74 (3). C. 253-269.

79. Патент на изобретение № 2546332 РФ, MTO H02S 10/00, H01L 31/042. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Персиц И.С., Филиппченкова Н.С. Гибридный фотоэлектрический модуль. № 2013154732/07; опубл. 10.04.2015. Бюл. №10.

80. Патент на изобретение № 2382162 РФ, MTO E06B 3/66. Mrn^rn И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н., Алехина M^., Ануров С.А. Вакуумированный стеклопакет с индикатором. № 2008151043/03; опубл. 20.02.2010. Бюл. №5.

81. ГОСТ Р 54858-2011. Конструкции фасадные светопрозрачные. Mетод определения приведенного сопротивления теплопередаче [Текст], введ. 2012-0701 - Mосква: Стандартинформ, 2012. - 42 с.

82. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике: под ред. Ю. Б. Айзенберга. — M.: Энергоатомиздат, 1983г. — 472 с.

83. Стребков Д.С., Персиц И.С., Панченко В.А. Солнечные модули с увеличенным сроком службы // Инновации в сельском хозяйстве. Теоретический и научно-практический журнал. Инновации в возобновляемой энергетике. № 3(8)/2014, С. 154 - 158.

84. Панченко В.А., Стребков Д.С., Персиц И.С. Солнечные модули с увеличенным сроком службы на уровне номинальной мощности // Альтернативная энергетика и экология, 2015, № 19 (183), С. 55 - 60.

85. Коэффициенты теплопроводности различных материалов. URL: http://www.xiron.ru/content/view/58/28/ (дата обращения 20.02.2016)

86. Основные свойства поликарбоната. URL: https://www.policarbon.ru/monolitnyiy-polikarbonat/svoystva-polikarbonata (дата обращения 06.03.2016).

87. Овчинников С.В. Конвективный теплообмен. Методики инженерного расчета коэффициента конвективной теплоотдачи: учеб. -метод. пособие для студентов физического факультета направлений подготовки 03.03.02 «Физика» (бакалавриат) и 03.04.02 «Физика» (магистратура) [Электронное издание]. -Саратов: СГУ имени Н.Г. Чернышевского, 2015.

88. Hollands K.G.T., Unny T.E., Raithby G.D., Konicek L. Free convective heat transfer across inclined air layers // International journal of Heat and Mass Transfer. 1976. V. 98. Р. 189-193.

89. Сервоприводы [Амперка/Вики]. URL: http://wiki.amperka.ru/робототехника:сервоприводы (дата обращения 05.02.2017).

90. Промкаталог 04-0291-02. Анодированный алюминий. URL: http://xn--80aajzhcnfck0a.xn--p 1 ai/PublicDocuments/04-0291 -02.pdf (дата обращения 21.03.2017)

91. Прайс-лист: цены на стекло, цены на зеркала и триплекс. URL: http://npc-steklo.ru/prise (дата обращения 18.02.2017)

92. Strebkov D.S., Kharchenko V.V., Nikitin B.A., Tikhonov P.V., Gusarov V.A. Determination of conformity of the spectra of artificial light sources of the spectrums of standard solar radiation // Moldavian Journal of the Physical Sciences. 2013. V. 12. P. 82-86.

93. Филиппченкова Н.С., Панченко В.А. Разработка и исследование солнечных теплофотоэлектрических модулей // Теоретический и научно-практический журнал «Инновации в сельском хозяйстве», №5(20)/2016. С. 136141.

94. Филиппченкова Н.С., Харченко А.В. Разработка автоматической системы регистрации основных параметров солнечной концентраторной

установки // Фундаментальные и прикладные вопросы физики: Труды международной конференции 13-14 июня 2017 г., Академия наук Республики Узбекистан НПО «Физика-Солнце», 2017. - 289 с.: табл., ил. C. 192-195.

95. Петин В.А. Arduino и Raspberry Pi в проектах Internet of Things. - СПб.: БВХ - Петербург, 2016 - 320с.

96. Джереми Блум. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства. - СПб.: БВХ - Петербург, 2015 - 336с.

97. Техническое описание микросхемы ACS712. URL: http://files.amperka.ru/store-media/products/troyka-current-sensor/media/acs712.pdf (дата обращения: 01.03.2017).

98. Измерение глянца (лоска) полиграфических материалов и изделий. Лабораторная работа. URL: texttotext.ru>laboratornaya-rabota/laboratornaya (дата обращения: 21.02.2017).

99. Спектрофотометр- 3В Scientific. URL: https://www.3bscientific.ru/спектрофотометр,pg_657.html?yclid=6922067227786675 28 (дата обращения: 28.01.2017).

100. Рефлектометры. URL: http://angstremip.ru/products/reflectometer/?utm_source=yandexdirect&utm_medium= cpc&utm_campaign=yandex_osnova&yclid=692230566065474593 (дата обращения: 08.05.2017).

101. Оценка поверхности бумаг и связь измерений со стандартами. URL: http://compuart.ru/article/22154 (дата обращения: 28.05.2017).

102. Зеркальный анодированный алюминий ALANOD 350G. URL: http://аланод.рф/have/zerkalnyj-anodirovannyj-alyuminij-alanod-350g/ (дата обращения: 26.04.2017).

103. Kharchenko V., Nikitin B., Tikhonov P. Utmost efficiency coefficient of solar cells versus forbidden gap of used semiconductor // Adomavicius The 5th International Conference on Electrical and Control Technologies. Kaunas, Lithuania, 2010. P. 289-294.

104. Buresch M. Photovoltaic Energy Systems: Design and Installation. New York: McGraw- Hill, 1983. 336 c.

105. Филиппченкова Н.С. Перспективы развития рынка солнечной энергетики в России и мире // Теоретический и научно-практический журнал «Инновации в сельском хозяйстве», №2(12)/2015. С. 220-223.

106. ГИС Возобновляемые Источники Энергии России. URL: http://gisre.ru/ (дата обращения: 28.07.2017).

107. «Об утверждении схемы и программы развития ЕЭС России на 2017 -2023 гг.». Приказ Минэнерго России №143 от 01.03.2017.

108. Strebkov D.S. Contribution of VIESH to contemporary photovoltaic technology / Research in Agricultural Electric Engineering. - M.: VIESH , 2015. Vol. 3, no 1, pp. 3-10.

109. Photon. info. URL: https://www.photon.info/en (дата обращения 21.03.2014).

110. Philippe Welter. Nex Wafe - The next generation wafers. Photon International, September 2015, pp. 48-50.

111. Стребков Д.С., Стенин В.В., Бобовников Н.Ю., Курбатов С.М., Филиппченкова Н.С. Перспективные направления снижения стоимости солнечных энергетических установок // Теоретический и научно-практический журнал «Инновации в сельском хозяйстве», №4(14)/2015. С. 198-205.

112. Фомина В.Н. Экономика электроэнергетики: Учебник. — М.: ИУЭ ГУУ, ВИПКэнерго, ИПК-госслужбы, 2005. — 392 с.

113. Executive Summary - Projected Costs of Generating Electricity - 2015 Edition. URL: http://www.iea.org/textbase/npsum/eleccost2015sum.pdf (дата обращения 08.04.2017)

114. Петров В.М. Исследование системы автономного электроснабжения на основе фасадно-интегрированных солнечных фотоэлектрических модулей: магист. дис. С.-Пб., 2015. 139 с.

115. Тарифы на электроэнергию для города Севастополя с 1 января 2018 года. URL: https: //tarif-24. ru/russia/electro/2018/676-tarify-na-elektroenergiyu-dlya-goroda-sevastopolya-s-1-iyulya-2017-goda-2.html (дата обращения 12.08.2017).

116. Тарифы с 1 января 2018 года в Республике Крым: на горячую, холодную воду и водоотведение. URL: http://proschetchiki.ru/tarify-na-vodu-2018-pervoe-polugodie/tarify-na-vodu-i-vodootvedenie-v-respublike-krym-s-1-yanvarya-2018-goda.html (дата обращения 01.02.2018).

117. Электронный ресурс. URL: http://m-

batyr.ru/uroven_inflyacii_v_2017_godu_oficialnye_dannye_rosstata_na_segodnya

(дата обращения: 13.07.2017)

118. Реальная инфляция в России в 2017 году - Промразвитие. URL: https://promdevelop.ru/realnaya-inflyatsiya-v-rossii-v-2017-godu/ (дата обращения: 25.07.2017).

119. Внутренний трубопровод и канализация зданий. СП 30.13330 «СНиП 2.04.01-85» с изменениями на 10 февраля 2017 года: Приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16.12.2016 №951/пр.

120. Surface meteorology and Solar Energy. URL: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ (дата обращения: 28.08.2017)

121. Экспорт Панель PV 340 Вт. URL: https://russian.alibaba.com/product-detail/export-pv-panel-340w-high-quality-mono-solar-module-price-for-home-use-60561959357.html?spm=a2700.8699010.29.1.5a585cc4V502IX

122. Diaf S, Diaf D, Belhamel M, Haddadi M, Louche A. A methodology for optimal sizing of autonomous hybrid PV/wind system // Energy Policy. 2007. V. 35. P. 5708-5718.

123. Солнечный коллектор Viessmann Vitosol 100-F. URL: https://viessmann-rus.ru/product/solar/vitosol_100f/ (дата обращения: 09.07.2017)

124. Плоский гибридный солнечный коллектор POWERTHERM M 180/750. URL: http: //shop-oooaist74 .ru/solnechnye-batarei/52-ploskij -gibridnyj-solnechnyj -kollektor-powervolt-w-200500.html (дата обращения: 29.07.2017)

125. Сетевой инвертор GoodWe GW1000-NS. URL: https://www.sosvetom.ru/cat/setevoy-invertor-goodwe-gw1000-ns/ (дата обращения: 28.08.2017)

126. Теплоаккумуляторы S-Tank. URL: http://www.bigboilers.ru/shop/s-tank-teploakkumulyatory-1000/ (дата обращения: 15.07.2017)

Приложение А

Блок-схема системы управления поворотом жалюзийного гелиостата

Рисунок А.1- Блок-схема системы управления поворотом жалюзийного гелиостата

TI

s

о

^

Я о я

СП

Я

43

s

Я

я я я s

fa

и

er

Я

F Sq

0

X

01

S fa

Я

и

п

Е >

Я

5"

о

С я о

V

UJ

PS о ЕС

а

CD

ЕС H

та м н о та ЕЕ О

о

о

й

33

а

та s

ЕЕ

а s

ЕЕ S

as

6Г ЕЕ as зз

Г5 X CD

as

Г5

s

Г5

н

CD

м со н о

as н s

JC CD Г5

PS о

о s

w CD

та

CD

ЕЕ S 33 о

Г5

ЕЕ О со ЕЕ V

M

и

ЕЕ as та as

CD H

та о со

Г5 О

ЕЕ

CD -:

ЕЕ О

о

а

та s

о

CD

ЕЕ S

CD

И

On (л

Рисунок Б.2 - Принципиальная схема подключения датчиков температуры DS18B20 к

микроконтроллеру

GND GND

Рисунок Б.3 - Принципиальная схема модуля RTC (Real Time Clock)

Рисунок Б.4 - Принципиальная схема датчика напряжения: вывод ивых подключается к разъёму АО на плате Arduino Uno, вывод UBX подключается к разъёму модуля

Рисунок Б.5 - Принципиальная схема модуля для МлсгоБВ карты

Рисунок Б.6 - Принципиальная схема датчика тока ACS712

Приложение В

Протоколы натурных испытаний солнечного концентраторного модуля с различными типами приемников

"11" июля 2017 г.

ПРОТОКОЛ № 1

1. Солнечный концентраторный модуль с фотоэлектрическим приемником (наименование испытываемого объекта)

2. Габариты концентатора (ДхШхВ) 1,3 х 0,6 х 0,2, габариты фотоэлектрического приемника (ДхШхВ) 1,227 х 0,25 х 0,034

(характеристики испытываемого объекта)

3. Измеряемые величины ток короткого замыкания (1КЗ), температура окружающей среды (То.с.), инсоляция (прямая, суммарная), угол наклона ламелей.

4. Средства испытаний: система автоматической регистрации экспериментальных данных

5. Результаты испытаний

Время измерений Расчетный угол наклона ламелей,° I кз, А 1кзрасч, А Отклонение расчетн. от эксперим., % Есумм, Вт/м2 Вт/м2 X ор

10:45 105.93 0.39 0.40 2.91 123.67 111.6 27.44

10:50 105.77 0.39 0.41 3.85 123.67 111.6 27.44

10:55 105.62 0.39 0.40 2.44 123.67 111.6 27.44

11:00 105.48 0.39 0.40 3.66 123.67 111.6 27.41

11:05 105.35 0.39 0.39 0.99 123.67 111.6 27.41

11:10 105.23 0.63 0.60 -4.17 199.77 180.27 27.56

11:15 105.11 0.68 0.67 -2.04 215.63 194.58 27.56

11:20 105.01 0.68 0.70 2.91 215.63 194.58 27.56

11:25 104.91 0.73 0.76 3.85 231.48 208.89 27.56

11:30 104.82 0.92 0.94 2.44 291.73 263.25 27.56

11:35 104.74 1.22 1.27 3.66 386.86 349.1 27.6

11:40 104.66 2.87 2.90 0.99 910.08 821.24 28

11:45 104.59 2.87 2.76 -4.17 910.08 821.24 28

11:50 104.53 2.87 2.81 -2.04 910.08 821.24 28

11:55 104.47 2.87 2.94 2.44 910.08 821.24 28

12:00 104.43 2.87 2.98 3.66 910.08 821.24 28

12:05 104.39 3.02 3.05 0.99 957.64 864.16 28.88

12:10 104.35 3.02 2.90 -4.17 957.64 864.16 28.88

12:15 104.32 3.02 2.96 -2.04 957.64 864.16 28.88

12:20 104.3 3.02 3.11 2.91 957.64 864.16 28.94

12:25 104.28 3.02 3.14 3.85 957.64 864.16 28.94

12:30 104.27 3.02 3.11 2.91 957.64 864.16 28.97

12:35 104.27 3.02 3.14 3.85 957.64 864.16 28.97

12:40 104.28 2.97 3.04 2.44 941.79 849.85 29.16

12:45 104.29 2.97 3.08 3.66 941.79 849.85 29.19

12:50 104.3 2.97 3.00 0.99 941.79 849.85 29.22

12:55 104.32 2.97 2.85 -4.17 941.79 849.85 29.22

13:00 104.35 2.97 2.91 -2.04 941.79 849.85 29.22

13:05 104.39 2.97 3.06 2.91 941.79 849.85 29.22

Время измерений Расчетный угол наклона ламелей,° I кз, А 1кзрасч, А Отклонение расчетн. от эксперим., % Есумм, Вт/м2 Еф Вт/м2 X ор '■окр» С

13:10 104.43 2.97 3.09 3.85 941.79 849.85 29.22

13:15 104.48 3.02 3.10 2.44 957.64 864.16 29.22

13:20 104.53 3.02 3.13 3.66 957.64 864.16 29.22

13:25 104.6 3.02 3.05 0.99 957.64 864.16 29.22

13:30 104.67 3.02 2.90 -4.17 957.64 864.16 29.22

13:35 104.74 3.02 2.96 -2.04 957.64 864.16 29.25

13:40 104.83 3.02 3.10 2.44 957.64 864.16 29.28

13:45 104.92 3.02 3.13 3.66 957.64 864.16 29.28

13:50 105.02 3.02 3.05 0.99 957.64 864.16 29.28

13:55 105.12 2.58 2.48 -4.17 818.12 738.25 29.75

14:00 105.24 2.43 2.38 -2.04 770.55 695.33 29.75

14:05 105.36 2.34 2.41 2.91 742.01 669.58 29.75

14:10 105.49 2.14 2.23 3.85 678.59 612.35 29.78

14:15 105.64 2 2.05 2.44 634.2 572.29 29.75

14:20 105.79 1.85 1.92 3.66 586.64 529.37 29.78

14:25 105.95 1.7 1.72 0.99 539.07 486.45 29.81

14:30 106.12 1.65 1.58 -4.17 523.22 472.14 29.84

14:35 106.3 1.65 1.62 -2.04 523.22 472.14 29.84

14:40 106.49 1.61 1.66 2.91 510.53 460.69 29.84

14:45 106.69 1.65 1.72 3.85 523.22 472.14 29.84

14:50 106.9 1.7 1.75 2.91 539.07 486.45 29.87

14:55 107.13 1.75 1.82 3.85 554.93 500.75 29.87

15:00 107.37 1.75 1.79 2.44 554.93 500.75 29.87

6. Выводы по результатам испытаний:

Отклонение экспериментальных данных от расчетных не превышает ±5%. Оптический КПД при реальном коэффициенте отражения зеркальной поверхности параболоцилиндрического концентратора 0,5, коэффициенте отражения зеркальных ламелей 0,9 составит 0,46.

Испытания проводили: асп. Филиппченкова Н.С.

"12" августа 2017 г.

ПРОТОКОЛ № 2

1. Солнечный концентраторный модуль с фотоэлектрическим приемником (наименование испытываемого объекта)

2. Габариты концентратора (ДхШхВ) 1,3 х 0,6 х 0,2, габариты фотоэлектрического приемника (ДхШхВ) 1,227 х 0,25 х 0,034

(характеристики испытываемого объекта)

3. Измеряемые величины ток короткого замыкания (1КЗ), напряжение холостого хода (ихх) температура окружающей среды (То.с.), вольт-амперная характеристика, инсоляция (прямая, суммарная), угол наклона ламелей, распределение освещенности по поверхности приемника.

4. Средства испытаний: система автоматической регистрации экспериментальных данных, щуп на базе фотоэлемента 0,125х0,125.

5. Результаты испытаний

Время измерений Расчетный угол наклона ламелей,° I кз, А I кзрасч, А Отклонение расчетн. от эксперим, % ихх, В Есумм, Вт/м2 Епр, Вт/м2 ^зкр,°С

10:45 100.548 0.88 0.85 -3.09 9.7812 626.65 437.9 27.44

10:50 100.434 0.88 0.84 -4.17 9.8631 626.65 437.9 27.44

10:55 100.326 0.88 0.86 -2.04 9.828 626.65 437.9 27.44

11:00 100.226 0.88 0.87 -1.01 9.828 626.65 437.9 27.44

11:05 100.132 0.88 0.89 0.99 9.828 626.65 437.9 27.44

11:10 100.044 0.88 0.91 2.91 9.828 626.65 437.9 27.44

11:15 99.962 0.88 0.90 2.63 9.828 626.65 437.9 27.44

11:20 99.886 1.65 1.68 1.96 9.8631 523.22 472.14 27.35

11:25 99.816 1.61 1.67 3.85 9.8631 510.53 460.69 27.35

11:30 99.752 1.61 1.66 3.19 9.8631 510.53 460.69 27.35

11:35 99.693 1.61 1.56 -3.09 9.8631 510.53 460.69 27.35

11:40 99.639 1.61 1.55 -4.17 9.8865 510.53 460.69 27.35

11:45 99.59 2.43 2.38 -2.04 9.2313 510.53 460.69 28.78

11:50 99.546 2.48 2.46 -1.01 9.2664 786.41 709.64 28.78

11:55 99.507 2.53 2.56 0.99 9.2664 802.26 723.95 28.78

12:00 99.473 2.53 2.61 2.91 9.2664 802.26 723.95 28.78

12:05 99.443 2.53 2.60 2.63 9.2664 802.26 723.95 28.78

12:10 99.418 2.58 2.63 1.96 9.2898 818.12 738.25 28.78

12:15 99.398 2.58 2.68 3.85 9.2898 818.12 738.25 28.78

12:20 99.383 2.58 2.67 3.19 9.2898 818.12 738.25 28.78

12:25 99.371 2.58 2.65 2.63 9.2898 818.12 738.25 28.78

12:30 99.365 2.58 2.63 1.96 9.2898 818.12 738.25 28.78

12:35 99.363 2.63 2.74 3.85 9.3249 833.97 752.56 28.78

12:40 99.365 2.63 2.72 3.19 9.3249 833.97 752.56 28.78

12:45 99.372 0.97 0.94 -3.09 8.2134 307.59 277.56 28.1

12:50 99.383 1.07 1.03 -4.17 8.2602 339.3 306.18 28.07

12:55 99.399 1.12 1.10 -2.04 8.3187 355.15 320.48 28.07

13:00 99.419 1.17 1.16 -1.01 8.3772 371.01 334.79 28.07

13:05 99.444 1.27 1.23 -3.09 8.4357 402.72 363.4 28.07

13:10 99.474 1.36 1.31 -4.17 8.4942 431.26 389.16 28.07

13:15 99.508 1.46 1.43 -2.04 8.5761 462.97 417.77 28.07

13:20 99.547 1.61 1.59 -1.01 8.6346 510.53 460.69 28.07

13:25 99.591 1.7 1.72 0.99 8.6931 539.07 486.45 28.07

Время измерений Расчетный угол наклона ламелей,° I кз, А I кзрасч, А Отклонение расчетн. от эксперим, % ихх, В Есумм, Вт/м2 Епр, Вт/м2 ^зкр,°С

13:30 99.64 1.85 1.91 2.91 8.7516 586.64 529.37 28.07

13:35 99.694 2 2.05 2.63 8.8101 634.2 572.29 28.07

13:40 99.754 2.09 2.13 1.96 8.8686 662.74 598.04 28.07

13:45 99.818 2.24 2.33 3.85 8.892 710.3 640.96 28.07

13:50 99.889 2.34 2.42 3.19 8.9154 742.01 669.58 28.03

13:55 99.965 2.38 2.31 -3.09 8.9505 754.7 681.03 28.03

14:00 100.046 2.43 2.33 -4.17 8.9739 770.55 695.33 28

14:05 100.134 2.48 2.43 -2.04 8.9739 786.41 709.64 28

14:10 100.229 2.53 2.50 -1.01 9.0324 802.26 723.95 28.03

14:15 100.329 2.53 2.56 0.99 8.9739 802.26 723.95 28

14:20 100.437 2.53 2.61 2.91 8.9739 802.26 723.95 28.03

14:25 100.552 2.53 2.60 2.63 8.9739 802.26 723.95 28.03

14:30 100.674 2.48 2.53 1.96 8.9739 786.41 709.64 28.03

14:35 100.804 2.43 2.53 3.85 8.9505 770.55 695.33 28.03

14:40 100.942 2.38 2.46 3.19 8.9154 754.7 681.03 28

14:45 101.089 2.34 2.40 2.63 8.9154 742.01 669.58 28

14:50 101.245 2.34 2.39 1.96 8.9154 742.01 669.58 28

14:55 101.41 2.34 2.43 3.85 8.9154 742.01 669.58 28

15:00 101.585 2.34 2.42 3.19 8.9154 742.01 669.58 28

11:46 (Распределение освещенности)

1, мм 200 400 600 800 1000 1200 Макс., откл, %

1кз, А 2,45 2,42 2,45 2,49 2,44 2,46 2,3

12:30 (Вольт-амперная характеристика)

Rнаг, Ом 0 1 2 2 2 3 3 4

I, А 2,58 2,58 2,58 2,58 2,56 2,53 2,45 2,3 0

и, В 0 3,01 4,1 5,2 6,02 7,04 8,07 8,36 9,29

6. Выводы по результатам испытаний:

Отклонение экспериментальных данных от расчетных не превышает ±5%. Оптический КПД при реальном коэффициенте отражения зеркальной поверхности параболоцилиндрического концентратора 0,5, коэффициенте отражения зеркальных ламелей 0,9 составит 0,51. Максимальная электрическая мощность в истинный солнечный полдень (12:30 мск) 18,5 Вт, фил-фактор ВАХ 0.77, температура ФЭП 29°С.

Испытания проводили: асп. Филиппченкова Н.С.

"27" июля 2017 г.

ПРОТОКОЛ № 3

1. Солнечный концентраторный модуль с теплофотоэлектрическим приемником (наименование испытываемого объекта)

2. Габариты концентратора (ДхШхВ) 1,3 х 0,6 х 0,2, габариты теплофотоэлектрического приемника (ДхШхВ) 1,227 х 0,25 х 0,034 (характеристики испытываемого объекта)

3. Измеряемые величины ток короткого замыкания (1КЗ), напряжение холостого хода (ихх) температура окружающей среды (Т0.с), температура на входе в и выходе приемника 4ых, инсоляция (прямая, суммарная), угол наклона ламелей.

4. Средства испытаний: система автоматической регистрации экспериментальных данных.

5. Результаты испытаний

Время измерений Расчетный угол наклона ламелей,° tвых,°С tвых. расч,°С Отклонение расчетн. от эксперим., % tвх,°С ^зкр,°С I кз, А I кз расч, А Отклонение расчетн. от эксперим., % Есумм, Вт/м2 Епр, Вт/м2 ихх, В Расход, л/с

12:00 105.78 32.36 2.73 2.81 3.00 865.68 781.18 9.6

12:05 105.742 25.843 25.58 -1.0 25.59 29.36 2.91 3.03 4.00 9.781 921.18 831.25 0.00375

12:10 105.709 31.048 31.36 1.0 25.25 31.99 2.73 2.80 2.50 865.68 781.18 9.746 0.00375

12:15 105.683 31.303 32.24 3.0 25.04 31.87 3.08 3.20 3.80 976.67 881.33 9.688 0.00375

12:20 105.662 31.668 32.52 2.7 25.79 32.24 2.91 2.94 1.00 921.18 831.25 9.688 0.00375

12:25 105.646 32.03 32.67 2.0 25.31 32.58 3.08 2.96 -4.00 976.67 881.33 9.571 0.00375

12:30 105.636 31.966 33.24 4.0 25.11 32.67 2.56 2.51 -2.00 9.524 810.19 731.1 0.0025

12:35 105.632 32.206 33.27 3.3 25.04 32.79 1.89 1.95 3.00 9.524 599.32 540.81 0.0025

12:40 105.634 38.416 39.45 2.7 25.66 36.33 3.08 3.20 4.00 9.348 976.67 881.33 0.0025

12:45 105.641 40.516 41.33 2.0 24.83 37.2 2.03 2.08 2.50 8.611 643.71 580.87 0.0025

12:50 105.654 41.566 43.23 4.0 25.52 37.75 1.86 1.93 3.80 7.862 588.22 530.8 0.0025

12:55 105.673 41.118 42.47 3.3 25.31 37.09 1.02 1.03 1.00 8.576 321.86 290.44 0.0025

13:00 105.697 39.284 38.11 -3.0 25.52 35.39 0.67 0.64 -4.00 9.606 210.87 190.29 0.0018

13:05 105.727 38.15 36.62 -4.0 25.79 35.17 0.84 0.82 -2.00 9.606 266.36 240.36 0.0018

13:10 105.763 37.618 36.87 -2.0 25.38 35.53 1.02 1.05 2.50 9.524 321.86 290.44 0.0018

13:15 105.804 39.368 38.97 -1.0 24.97 36.71 0.84 0.87 3.80 9.407 266.36 240.36 0.0018

13:20 105.852 40.516 39.30 -3.0 24.9 37.45 0.84 0.85 1.00 9.29 266.36 240.36 0.0018

13:25 105.906 37.618 36.11 -4.0 25.86 35.84 0.84 0.81 -4.00 9.208 266.36 240.36 0.0018

13:30 105.966 37.884 37.1 -2.0 25.66 36.01 0.84 0.82 -2.00 9.208 266.36 240.36 0.0018

12:00 (Вольт-амперная характеристика)-без теплоносителя

Rнаг, Ом 0 1 1 2 2 3 3 3 М

I, А 2,73 2,73 2,73 2,73 2,71 2,69 2,62 2,53 0

и, В 0 3 4 5 6 7 8,2 8,5 9,6

12:38 (Вольт-амперная характеристика)-залив теплоносителя расход 0.00375 л/с

Rнаг, Ом 0 1 1 2 2 2 3 3 М

I, А 3,08 3,08 3,08 3,08 3,06 3,04 2,95 2,86 0

и, В 0 3 4 5 6 7 7,7 7,93 9,69

6. Выводы по результатам испытаний: