Исследование влияния различных концентраций пыли на вольт-амперные характеристики фотоэлектрической батареи

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследованы влияния различных концентраций пыли на вольт-амперные характеристики фотоэлектрической батареи на основе кристаллического кремния в лабораторных условиях.

ABSTRACT

This article examines the effects of various dust concentrations on the current-voltage characteristics of a photovoltaic battery based on crystalline silicon in the laboratory.

Ключевые слова: загрязненность, относительное изменение КПД, вольт-амперная и вольт-ваттная характеристика, фотоэлектрическая батарея.

Keywords: pollution, relative change in efficiency, volt-ampere and volt-watt characteristics, photovoltaic battery.

В промышленных масштабах преобразование солнечного излучения в электрическую энергию осуществляется фотоэлектрическими станциями (ФЭС) и солнечными тепловыми электростанциями (СТЭС). ФЭС и СТЭС строят в местах с высокой годовой инсоляцией, не пригодных для сельскохозяйственной деятельности, т. е. в полупустынях и пустынях, которые характеризуются повышенной запыленностью воздуха и высокой дневной температурой (аридный климат).

На территории Узбекистана наиболее сильно подвержены ветровой эрозии Кашкадарьинская область, юго-восточная оконечность Сурхандарьинской области и западная часть Ферганской области. На орошаемых землях в Узбекистане ветровая эрозия распространена в Ферганской и Зеравшанской долинах. Ветровая эрозия в условиях аридного климата является основной причиной повышенной запыленности атмосферного воздуха. Очагами выноса пыли и солей на территории республики является высохшая часть дна Аральского моря, поверхности соленых сбросовых озер и солончаков. По данным Узгидромета, на протяжении последних лет практически на всех точках наблюдения на территории Узбекистана произошло значительное увеличение плотности выпадений. Вероятно, это обусловлено изменением климата в регионе и изменением циркуляционных процессов в атмосфере, а также резкими изменениями в динамике усыхания Аральского моря. При этом масса пыли, которая выпадает на поверхность в пустынных районах, может достигать 900 г/м² в год, в районах орошаемого земледелия количество выпадающей пыли находится в пределах 1,0-120 г/м² в год. Летом в центральных и юго-западных регионах республики случаются песчаные и пыльные бури. Засоленный поток почвы под влиянием ветра оседает на поверхности ФЭБ, образуя тонкий слой, толщина которого с течением времени возрастает.

Загрязнение атмосферными осадками (пыль, смог, пепел и т. д.) поверхности солнечных панелей и зеркал-концентраторов уменьшает их производительность. Очистка ФЭС и СТЭС, в состав которых входят десятки тысяч панелей и зеркал, требует больших объемов технической (очищенной) воды и времени – все это увеличивает эксплуатационные расходы.

При этом масса пыли, которая выпадает на поверхности солнечных панелей или солнечных концентраторов, значительно уменьшает их эффективность [1-4].

В работе [5] предложен метод определения степени загрязненности поверхности ФЭБ и исследовано относительное изменение ее КПД. Отработана методика измерения коэффициента пропускания стеклянной пластинки после ее экспозиции на площадке Физико-технического института НПО «Физика-Солнце» АН РУз на открытом воздухе в г. Ташкенте. Показано, что загрязнение стеклянной пластинки уменьшает КПД фотоэлектрической батареи на 50,0%.

Цель работы: изучение влияния запыленности покровного стекла на вольт-амперные характеристики ФЭБ на основе кристаллического кремния в лабораторных условиях.

Известно, что величины некоторых основных параметров ФЭБ определяются их вольт-амперной (ВАХ) и вольт-ваттной характеристиками. В работе [3] изучено влияние температуры и загрязненности атмосферы на вольт-амперные характеристики ФЭБ в естественных условиях. Отмечено, что в условиях резко континентального климата Центральной Азии, в частности Узбекистана, в жаркий период года происходит «перегрев» и загрязнение поверхности стекла ФЭБ, в результате ухудшаются формы нагрузочной ВАХ солнечных элементов в ФЭБ.

Нами был разработан лабораторный комплекс для исследования ВАХ и ВВХ солнечных элементов и ФЭБ при воздействии температуры и концентрации пыли.

Рисунок 1. Общий вид электронных весов

Измерение параметров ФЭБ в лабораторных условиях: включили галогенную лампу в сеть, измерили прибором люксметр освещенность лампы на расстояние 16 см, затем, увеличивая значение переменного нагрузочного сопротивления R_н, взяли 11-12 точек отсчета (значение тока и напряжение) ФЭБ с чистой поверхностью. Далее пыль в различных массах методом обдува поочередно и равномерно распределили на поверхности ФЭБ. Массу пыли измеряли с помощью специальных электронных весов (рис. 1) марки FA1204C (Япония). Каждый раз после обдува пыли на поверхность ФЭБ записывали результаты тока и напряжения (рис. 2).

Рисунок 2. Изменение ВАХ ФЭБ при воздействии различных концентраций пыли

Из рис. 2 видно, что кривая 1 – ВАХ ФЭБ перед началом эксплуатации (чистое стекло); кривая 2 – ВАХ ФЭБ с загрязненной поверхностью (масса пыли, оседавшей на единицу площади, составляет 16,0 мг/см²); 3 – ВАХ ФЭБ с загрязненной поверхностью 5,98мг/см²; 4 – ВАХ ФЭБ с загрязненной поверхностью 4,27мг/см².

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что увеличение концентрации пыли на поверхности ФЭБ приводит к уменьшению эффективности и ухудшению ВАХ солнечных элементов в ФЭБ. Выходной ток ФЭБ в точке максимальной мощности ВАХ уменьшается при воздействии различных концентраций пыли на поверхности панели.

Список литературы:
1. Mani M., Pillai R. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. V. 14. P. 3124-3131.
2. Mazumder M., Horenstein M.N., Stark J.W., Girouard P., Sumner R., Henderson B., Sharma R. Characterization of electrodynamic screen performance for dust removal from solar panels and solar hydrogen generators. IEEE transactions on industry applications 2013. V. 49. No. 4. P. 1793-1800.
3. Турсунов М.Н., Юлдошев И.А. Разработка фотоэлектрических батарей, установок, эффективно работающих в условиях Центральной Азии // Проблемы энергоресурсосбережения. – Ташкент, 2011. – Спец. вып. – С. 160-16
4. Diskin V.G., Sobirov Kh., Abdullaev E.Т., Коmolov I.М. Cleaning the surface with a stream of air / Geliotekhnika, 2017, № 3, p. 19-24.
5. Tursunov M.N., Dyskin V.G., Yuldashev I.A., Sobirov Kh. Park Jeong Hwoan. A Criterion of Contamination of the Glass Surface of Photovoltaic Batteries. Applied Solar Energy. 2015. V.51. Р. 163-164.