Результаты экспериментов и их обсуждение

В таблице 2 приведены результаты замеров I_к.з. и U_х.х. при параллельном соединении всех четырёх СЭ, при их последовательном соединении и при параллельно-последовательном соединении (когда СЭ попарно соединяются сначала параллельно, затем образованная пара соединяется последовательно).

Таблица 2.

Показатели  параметров различных  соединений СЭ.

      Результаты  замеров показали для каждого  из трёх случаев общую суммарную  мощность, равную 1,5 Вт, 1,6 Вт и 1,54 Вт, соответственно. Эти значения несколько меньше при расчёте простым сложением (1,74 Вт), что, естественно, т.к. при любом коммутационных переключений неизбежны потери на падение напряжения в местах соединения и в самих проводах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 3.

Результаты  экспериментов и  их обсуждение.

     В ходе экспериментов мы отметили следующие достоинства данной установки:

1. Уменьшение себестоимости производимой электроэнергии по сравнению с солнечными модулями без концентрации на порядок.
2. Из многообразия концентрирующих систем линзы Френеля привлекают простотой расчёта и изготовления, а также максимальной плотностью упаковки в панелях СФЭС.
3. Система слежения по сравнению с неподвижной ФЭС, ориентированной на юг, даёт прирост энергии, который составляет около 40%.
4. Если под СЭ установить водяное охлаждение, то мы получим ко всему прочему горячую воду.

     Уменьшение  себестоимости производимой электроэнергии происходит за счёт малого количества СЭ и большей площади собираемой поверхности. Т.к. СЭ это дорогостоящее  производство, а стоимость линз Френеля  намного дешевле.

     При расчёте концентрирующей системы  на основе линз Френеля по сравнению  с зеркалами отпадает надобность учёта угла отражения солнечного излучения.

     В стационарных солнечных модулях  пик вырабатываемой электроэнергии приходится в полуденное время, когда  Солнце в зените (Рис.15). Поэтому, как видно на графике, в остальное время неподвижная ФЭС работает не в полную мощность. А при системе слежения рабочий пик наступает уже через 2-3 часа после восхода Солнца и продолжается за 1-2 часа до захода. Таким образом, мы имеем значительный прирост энергии.

     Высокий коэффициент концентрации влечет проблему перегрева. Когда концентрируется  избыточное количество излучения, вырабатывается

Рис.15. Характерное изменение энергии, вырабатываемое в течении светового дня: 1 – при работе с системой слежения; 2 – при ориентации на юг с отключенной системой слежения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

тепло. КПД солнечного элемента при увеличении температуры падает, также высокая  температура отрицательно сказывается  на долговременной устойчивости элементов. Поэтому необходимо их охлаждать.Для лучшего охлаждения необходимо под СЭ провести водяной змеевик. Но тут нужно увеличить затраты на его изготовление и встаёт вопрос как обеспечить циркуляцию воды? Этот вопрос можно решить двумя способами: либо использовать естественную конвекцию, либо искусственную при помощи циркуляционных насосов. Все затраты на эти решения оправдываются. Ведь для нагрева воды тоже требуется энергия, а при водяном охлаждении СЭ мы получаем из холодной воды горячую!       Время возмещения энергетических затрат (EPBT) – это период времени использования фотоэлектрической системы, необходимый для производства объема электроэнергии равного объему затраченной энергии на ее производство. Как показали исследования, проведенные в 2004 году, фотоэлектрические системы, установленные на крышах, имеют небольшой срок возмещения энергетических затрат[11]. Значение EPBT зависит от трех факторов:

• Эффективность преобразования солнечной энергии.
• Объем света (инсоляция) получаемого системой.
• Технология производства солнечных элементов системы.

    Существует  три основных способа производства солнечных элементов. Наиболее распространенным способом является производство элементов  из распиленных кремниевых слитков. Слитки могут быть как монокристаллическими, так и поликристаллическими. Процесс выращивания и распиливания требует внушительных энергетических затрат. Более новая энергосберегающая технология позволяет производить отдельные элементы на основе кремниевых пластин, нарезанных из поликристаллических лент. Третий способ производства подразумевает нанесение тонких слоев некристаллического кремния на недорогие субстраты. Такой подход является наименее энергоемким и позволяет производить солнечные элементы из аморфного кремния на подложке из нержавеющей стали, теллурида кадмия (CdTe) на подложке из стекла и диселенида галлия-индия-меди (CIGS) на подложке из нержавеющей стали или стекла [12].     В 2004–2005 г.г. было проведено исследование систем, соединенных с сетью, в которых использованы солнечные элементы различного происхождения. Целью этого исследования было получение значений EPBT (Табл.3). Из таблицы видно, что энергетические затраты, даже на самый энергоемкий технологический процесс производства, не превышают 10% от общего объема электроэнергии, полученной за срок эксплуатации фотоэлектрической системы [11].  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                  Таблица 3. Время возмещения энергетических затрат систем с различными фотоэлектрическими технологиями (не включены данные по аморфному кремнию и CIGS). Инсоляция - 1700 кВтч/м2 в год; коэффициент эффективности системы – 75%.

Выводы.

1. Концентраторные кремниевые СЭ перспективны, экономически выгодны и дают увеличение тока короткого замыкания в 3-4 раза.
2. Концентраторные солнечные элементы и батареи представляют собой более сложные технологические и конструктивные изделия по сравнению с обычными СЭ.
3. Эксплуатация концентраторных СЭ и СБ осуществляется в более тяжёлых температурных условиях по сравнению с СЭ, эксплуатируемыми на прямом излучении.
4. При разработке СБ и ФЭС с КСИ с применением концентраторных СЭ необходимо решение сложных инженерных задач в части создания опорно-поворотного устройства, средств слежения за Солнцем, средств концентрации излучения, а также надёжного теплоотвода от СЭ.
5. Из многообразия КС линзы Френеля привлекают простотой расчёта и изготовления, а также максимальной плотностью упаковки в панелях СБ. 

Литература 

1. Энергетика  мира: уроки будущего. Под ред. Башмакова  И.А., МТЭА, -М., 1992, 355-380.
2. www.wikipedia.org/wiki/солнечная энергетика
3. Изобретатель и рационализатор. 1992, N 5,6, 1-32. 14. Троицкий В.А. Глобальная экология и стратегия развития энергетики. Альтернативные источники энергии: эффективность и управление. 1990, N 2, 19-23.
4. Стребков Д.С., Муругов В.П. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии. Вестник сельскохозяйственной науки. -М., Агропромиздат, 1991, N 2, (413), 117-125.
5. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников, 2004, Т.38, вып.8, с.937-948.
6. Шеер Г. Восход Солнца в мировой экономике. Стратегия экологической модернизации.Перевод с немецкого Тайдекс Ко, г. Москва, 2002 г.
7. Огородников И.А., Огородников А.А. «На пути к устойчивому развитию: экодом. Сборник материалов» М.: Социально-экологический союз, 1998г.
8. Стребков Д.С. Сельскохозяйственные энергетические системы и экология. Альтернативные источники энергии: эффективность и управление. 1990
9. Hunt V.D. Solar Energy dictionary, Industrial Press Inc., New York, 2007.
10. Рубан С.С.  Нетрадиционные источники энергии-М.:Энергия, 2003     
11. По данным статьи В. Фтенакиса (V. Fthenakis) и Е. Альсема (E. Alsema) «Время возмещения энергетических затрат фотоэлектрических систем, выбросы парников газов и внешние издержки: состояние на 2004-начало 2005», Прогресс в фотоэлектрике, том 14, №3, параграфы 275-280, 2006 г.
12. Грабмайер И.Г. " Сименс ". Дешевое изготовление качественного солнечного кремния и листового кремния для солнечных элементов. Труды 7 международной конференции по использованию солнечной энергии 9-12 октября 1990 г. Франкфурт, Германия.