Создание фотоэлектроэнергетических устройств нового поколения с высокоэффективной кремниевой базой

АННОТАЦИЯ

В этой статье описывается недавно разработанное фотоэлектрическое солнечное энергетическое устройство, предназначенное для уменьшения влияния температуры на эффективность солнечных панелей.

ABSTRACT

This article describes a newly developed photovoltaic solar energy device designed to reduce the effect of temperature on the efficiency of solar panels.

Ключевые слова: солнечная панель, температура, КПД, фотоэлектрические устройства солнечной энергии.

Keywords: solar panel, temperature, efficiency, solar photovoltaic devices.

Одним из важных факторов, снижающих эффективность солнечных фотоэлектрических устройств (СФЭ), является высокая температура солнечных панелей при длительном и постоянном воздействии солнечного света. Поэтому важно разработать СФЭ с низкотемпературным режимом работы. Эта работа была посвящена разработке новой конструкции СФЭ, в которой эффективность прогона была увеличена за счет понижения рабочей температуры.

СФЭ может быть стационарным и наблюдаться вдоль траектории солнца. СФЭ, которые обычно имеют сервосистему, производят на 30 % больше энергии, чем устройства без сервосистемы. Известно, что в [1] подставка солнечных панелей вращается вдоль двух взаимно перпендикулярных координатных осей, достигая постоянной перпендикулярной ориентации панелей к солнцу. Однако возникает другая важная проблема: использование СФЭ в положении, перпендикулярном потоку солнечного света, приводит к их перегреву, что, в свою очередь, приводит к снижению параметров выходной энергии. Чтобы предотвратить перегрев солнечных панелей, необходимо увеличить FIC устройства, поворачивая его горизонтально вокруг своей оси и доводя до нормальной температуры с помощью воздуха. Анализ литературы показывает, что существуют различные конструкции силовых устройств, в том числе отдельный ветрогенератор и фотоэлектрические устройства, которые активно используются для выработки электроэнергии [3].

Интерес представляла конструкция вращающегося фотоэлектрического модуля [4] с полупроводниковыми солнечными элементами, включая горизонтальную цилиндрическую солнечную панель, вращающуюся вокруг горизонтальной оси, вращающийся механизм, неподвижное основание, катушки, постоянные магниты и соединительные провода. Фотоэлектрический модуль [4] имеет ряд преимуществ перед другими конструкциями, но при его использовании был также выявлен ряд важных недостатков.

Поэтому основной целью авторов новой конструкции является разработка новой конструкции фотоэлектрического модуля, который вращается свободно и обладает высокой эффективностью без внешнего источника питания. Предложенный авторами фотоэлектрический модуль покрыт полупроводниковыми прямыми прямоугольными солнечными панелями, которые свободно вращаются вокруг горизонтальной оси (или частично прямоугольной), а также включает механизм вращения, основание и внутренние соединительные провода.

Рисунок 1. Поперечное сечение призменных панелей солнечного фотоэлектрического устройства

Принцип работы нового дизайна заключается в следующем. Соотношение между расстоянием от оси вращения призмы до центра стороны и длиной сторон основания призмы можно определить по следующей формуле:

.                                                                                      (1)

Линейная скорость точки на кратчайшем расстоянии от оси вращения до стороны призмы направлена вдоль поверхности призмы. Расстояние от любой точки на поверхности призмы до оси вращения можно определить по следующей формуле: .

,                                                                                   (2)

где R – расстояние от произвольно выбранной точки до оси вращения,

 – R – угол между R и h, .

Соотношение между скоростью вращения панели и частотой вращения призмы вокруг ее оси можно определить по следующей формуле:

.                                                                                 (3)

При создании принудительной конвекции воздуха посредством механической циркуляции скорость воздуха в основном получается вдоль поверхности тела. Следовательно, можно определить линейную составляющую скорости призмы вдоль поверхности призмы: 

.                                                                                 (4)

Скорость воздушного потока через поверхность одинакова в любой точке призмы. Это значит, что все его точки крутятся одинаково.

В недавно разработанной конструкции (рис. 1) солнечная панель надежно установлена на основании, состоящем из вертикальных многоугольных дисков, диски свободно вращаются вокруг горизонтальной оси с помощью электродвигателя малой мощности. В выражениях (3) и (4) ω – частота вращения призмы, h – расстояние от оси вращения до середины стороны призмы, v₁ – скорость центра стороны призмы, v₂ – скорость точек x от центра стороны призмы, v₄ – скорость ребер призмы нормальный компонент v₃. Экспериментальный дизайн СФЭ был разработан в виде правильной гексагональной призмы [2]. На наружной поверхности смонтированы прямоугольные диффузионные р-п переходные кремниевые солнечные элементы. Форма солнечной панели в виде простого прямого прямоугольника была выбрана для предотвращения возникновения механических напряжений в панели, собранной из плоских и тонких кремниевых солнечных элементов.

Предварительные результаты экспериментальных испытаний показывают, что в условиях использования в течение 1 часа и более солнечная электростанция новой конструкции имеет в 2–4 раза более высокую эффективность, чем традиционные солнечные электростанции с плоскими панелями.

Список литературы:
1. Автоматизированная фотоэлектрическая установка с повышенной энергоэффективностью / Ю.А. Шиняков, Ю.А. Шурыгин, В.В. Арджанов, А.В. Осипов [и др.] // Отчет ТУСУРа. – 2011, дек. – № 2 (24). – Ч. 1. – С. 282–287.
2. Солнечное фотоэлектрическое энергетическое оборудование // Заявка на патент РУз № ФАП 2020 047 / Алиев Р., Мирзаалимов А., Зияитдинов Ю., Алиев С.
3. SolarMill SM-3P: первая в своем роде, полностью интегрированная, накрышная ветро-солнечная гибридная установка / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https: // ecotechnica. com.ua/energy/81-solarmill-gibrid-vetrogeneratora-i-solnechnykh-panelej-vyshel-v-prodazhu-v-ssha-za-3000.html.
4. V3Solar Spin Cell – коническая солнечная панель / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://techvesti.ru/node/57974.