Раціональне використання сонячних елементів у складі ФЕУ при різному рівні інсоляції

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ВІДНОВЛЮВАНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

УДК 621.311.243:629.78

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Раціональне використання сонячних елементів у складі ФЕУ при різному рівні інсоляції

Спеціальність 05.14.08 - перетворювання відновлюваних видів енергії

Накашидзе Лілія Валентинівна

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в науково-дослідному інституті енергетики Дніпропетровського національного університету імені Олеся Гончара, м. Дніпропетровськ.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Габринець Володимир Олексійович, професор кафедри двигунобудування фізико-технічного факультету Дніпропетровського національногоуніверситету ім. О. Гончара.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, доцент Бєкіров Ескендер Алімович, завідувач кафедри електропостачання та фізики Національної академії природоохоронного та курортного будівництва МОН України, м. Сімферополь;

- кандидат технічних наук Губін Сергій Вікторович, завідувач кафедри двигунів та енергетичних установок літальних апаратів Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» МОН України, м. Харків.

Захист відбудеться „ 10 ” листопада 2010 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.249.01 в Інституті відновлюваної енергетики НАН України за адресою: 02094, м. Київ, вул. Червоногвардійська, 20а.

Тел. 537-26-57.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту відновлюваної енергетики НАН України (02094, м. Київ, вул. Червоногвардійська, 20а).

Автореферат розіслано „06 ”жовтня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.В.Суржик.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним із широко розповсюджених і найбільш доступних джерел енергії є сонячна енергія. Перевагою сонячної енергії є її спроможність бути перетвореної в електричну енергію безпосередньо, тобто шляхом прямого перетворення сонячного випромінювання. Такий процес перетворення реалізується за допомогою сонячних фотоелектричних установок (ФЕУ). Для їх широкомасштабного впровадження необхідно, щоб електрична енергія, яка отримана за допомогою високопродуктивних ФЕУ, мала низьку вартість. Дана робота направлена на вирішення питання зменшення вартості електричної енергії, що генерується ФЕУ, при збереженні рівня енергогенерування.

Актуальність роботи обумовлена:

- наявністю широкого вибору промислово вироблених сонячних елементів з різною структурою та експлуатаційними характеристиками;

- відсутністю однозначного техніко-економічного підходу оцінки ефективності ФЕУ, що функціонує при різному рівні інсоляції.

Використання отриманих результатів актуальне при проведенні:

- обґрунтування структури ФЕУ для умов експлуатації, що визначені споживачем;

- виявлення взаємозв'язку окремих конструктивних елементів ФЕУ та її підсистем, що впливають на всю систему в цілому, внеску кожного елемента в процес збільшення енергогенерування і т.п.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися в рамках наукового напрямку науково-дослідного інституту енергетики Дніпропетровського національного університету. Робота складає частину досліджень, що виконувалися в НДІ енергетики по таких держбюджетних науково-дослідних темах: „Розробка узагальненого методу розрахунків і прогнозування ефективності використання сонячно-вітрових систем енергопостачання з урахуванням кліматичних особливостей регіонів України”, № 04-152-00 (2000-2003); „Розробка принципів побудови та схемних рішень теплоелектростанцій з комбінуванням відновлюваних джерел енергії”, № 6-054-03 (2003-2006); „Теоретичні засади побудови систем енергозабезпечення з використанням відновлюваних джерел енергії та енергоактивних обгороджувальних конструкцій”, № 6-146-06 (2006-2009); „Особливості побудови та проектне рішення енергоактивного обгородження, як засобу підвищення енергоефективності споруд”, №6-215-09 (2009-2010).

У всіх роботах здобувач брав участь як виконавець.

Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи є теоретико-експериментальне обґрунтування умов підвищення техніко-економічної ефективності систем фотоелектричного перетворювання енергії.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати напрямки підвищення техніко-економічної ефективності систем фотоелектричного перетворювання енергії;

- створити автоматизований вимірювальний комплекс для визначення основних електричних і енергетичних характеристик сонячних елементів та сонячних батарей;

- експериментально визначити вольт-амперні характеристики і енергетичні характеристики окремих сонячних елементів та сонячних батарей на їх основі;

- створити математичну модель для розрахунку електричних і енергетичних характеристик фотоелектричних систем електропостачання;

- розробити метод визначення техніко-економічних показників фотоелектричних систем електропостачання.

Об'єкт дослідження - сонячні елементи та фотоелектричні системи електропостачання на основі кремнієвих монокристалічних сонячних елементів, зокрема, з використанням систем концентрації сонячного випромінювання.

Предмет дослідження - електричні, енергетичні і техніко-економічні характеристики сонячних елементів та фотоелектричних систем електропостачання на їх основі.

Методи дослідження. В роботі використовуються методи теорії електричних кіл, теорія планування експерименту, метод визначення ККД, заснований на прямому вимірюванні сили струму та напруги при заданому опорі навантаження, теорія подібності, теорія ймовірності та математична статистика.

Наукова новизна одержаних автором результатів полягає в наступному:

1. Вперше експериментально визначено залежності вольтамперних характеристик кремнієвих монокристалічних сонячних елементів з різною структурою від рівня сонячної інсоляції, з яких зроблено висновок про те, що зменшення товщини базової області призводить до підвищення енергогенерувальної спроможності сонячних елементів в області освітленості більшої 650 Вт/м² і, відповідно, сонячних батарей в точці максимуму потужності.

2. Створено математичну модель вольтамперних характеристик сонячних елементів, яка, на відміну від відомих, враховує їх структуру, що дозволило на основі застосування рівнянь Кирхгофа виконати більш точні розрахунки електрогенерувальної спроможності сонячних батарей з кремнієвими сонячними елементами зі структурою метал-діелектрик-напівпровідник та напівпровідник-діелектрик-напівпровідник.

3. Вперше доведено, що доцільність використання систем концентрації сонячного випромінювання залежить від структури сонячних елементів і економічно доречна при рівнях сонячної інсоляції більш 400 Вт/м² при певному ступені концентрації (наприклад, 60ч75 для структури напівпровідник-діелектрик-напівпровідник, що не завжди технічно припустимо).

Практичне значення одержаних результатів. Запропонована математична модель дозволяє з задовільною для практики точністю прогнозувати функціональні параметри кремнієвих монокристалічних СЕ з урахуванням їх структури для широкого діапазону рівнів енергетичної освітленості та враховувати умови експлуатації ФЕУ.

Отримані теоретичні та експериментальні результати, запропонований методологічний підхід та алгоритм можуть використовуватись для підвищення ефективності проектування ФЕУ. Це дозволяє обґрунтовано визначити схему побудови ФЕУ, зокрема:

- визначати умови ефективного використання конструктивних елементів ФЕУ, які серійно вироблені (в першу чергу СЕ) з певними індивідуальними властивостями;

- враховувати взаємовплив конструктивних елементів при сумісному функціонуванні.

Результати дисертації використані в ДКБ „Південне” (м. Дніпропетровськ); в учбовому процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського „ХАІ” (м. Харків) та Дніпропетровського національного університету ім. О. Гончара (м. Дніпропетровськ).

Особистий внесок автора. Основні результати дисертаційної роботи одержані автором особисто.

В роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належить: в [1] - методологія визначення складу та схемних рішень сонячних фотоелектричних установок; в [3, 4, 7] - розробка вимірювального комплексу, проведення експерименту та обробка отриманих результатів; в [5, 6] - обробка експериментальних даних та проведення їх аналізу з точки зору енергетичних параметрів; в [8, 9, 10] - надано практичні рекомендації про найбільш доцільні умови експлуатації сонячних фотоелектричних установок, побудованих на базі сонячних елементів метал-діелектрик-напівпровідник, напівпровідник-діелектрик-напівпровідник, запропоновано методику комплексного техніко-економічного обґрунтування структури сонячних фотоелектричних установок і розроблено алгоритм розрахунку, які при декомпозиції призводять до підвищення ефективності енергогенерування і зменшення вартості електричної енергії, яка отримується.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації доповідались, обговорювались і отримали схвалення на: ІХ, ХІ, ХІІ Международных конгрессах двигателестроителей (АР Крим, пос. Рибаче 2005, 2007, 2008 р.р.); науково-практичної конференції „Новые технологии энергоснабжения и энергосбережения в промышленности и ЖКХ” в рамках специализированной выставки энергетики, энергосбережения и электротехники „Энергопром” (м. Дніпропетровськ, 2007, 2008, 2009); Міжнародній науковій конференції „Альтернативная энергетика и энергосберегающие технологии” (м.Днепропетровск, 2009); Міжнародній конференції „Передовые космические технологии на благо человечества”(м. Дніпропетровськ, 2007); Регіональній науковій конференції „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу” (м. Дніпропетровськ, 2006); ІІ-ХІI Міжнародних молодіжних науково-практичних конференціях „Людина і космос” (м. Дніпропетровськ, 1999-2010р.р.); Першій міжнародній науково-практичній конференції „Устойчивое развитие: загрязнение окружающей среды и экологическая безопасность” (м. Дніпропетровськ, 1995 р.); щорічних науково-практичних конференціях ДНУ.

Публікації результатів наукових досліджень. Основні результати досліджень опубліковані в 30 наукових працях, в тому числі 10 статей в фахових виданнях України, 20 - в збірниках матеріалів та тез конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, додатку і переліку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації складає 178 сторінок, у тому числі 156 сторінок основного тексту, 38 рисунків, 19 таблиць, 1 додатку. Перелік використаних джерел містить 184 найменування, з них 91 іноземною мовою.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність роботи, сформульовано методи та задачі дослідження, викладено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі виконане узагальнення характеристик сонячних фотоелектричних установок, як складової частини системи енергозабезпечення. Підкреслено, що структурні та схемні взаємозв'язки сонячної фотоелектричної установки визначаються умовами її функціонування та вимогами споживача. Аналіз літературних джерел показав, що вихідні параметри ФЕУ залежать від її структури та властивостей конструктивних елементів.

Для ФЕУ проблемою, що необхідно вирішити, є створення умов, при яких збільшення їх енергогенерувальної спроможності забезпечується з одночасним зменшенням вартості електричної енергії. Визначено декілька напрямів, використання яких дозволяє досягти бажаного результату. Серед них такі, як: вдосконалення конструкцій окремих вузлів ФЕУ; вдосконалення та зменшення вартості технології виробництва компонентів ФЕУ, в першу чергу сонячних елементів; впровадження комплексного підходу до формування складу та структури ФЕУ.

Визначено, що доцільним є подальший розвиток напрямку, який комплексно враховує технічні, енергетичні та економічні показники конструкційних елементів ФЕУ. В першу чергу це стосується структури сонячних елементів та складу системи концентрації сонячного випромінювання, як основних компонентів установки. Тому детальні дослідження сонячних елементів різної структури сприяють розвитку такого напрямку.

У другому розділі представлено методологічні аспекти експериментального визначення функціональних характеристик СЕ у складі ФЕУ. Проведено обґрунтування вибору методики експериментального визначення енергогенерувальної спроможності сонячних елементів. Для умов природної наземної інсоляції вибрано методику, яка заснована на прямому вимірюванні сили струму та напруги при заданому опорі. Для проведення таких вимірювань спеціально розроблений автоматизований експериментальний вимірювальний комплекс (АЕВК). Він дозволяє в натурних умовах проводити вивчення енергогенерувальної спроможності сонячних елементів різної структури у складі фотоелектричної установки при різному рівні енергетичної освітленості (при відсутності або за наявності системи концентрації сонячного випромінювання).

Для формування моделей ФЕУ та проведення експериментальних вимірювань були вибрані кремнієві монокристалічні сонячні елементи із структурами метал-діелектрик-напівпровідник (МДН-структура), напівпровідник-діелектрик-напівпровідник (НДН-структура) з товстою базовою областю, НДН-структура з тонкою базовою областю. Ці структури були обрані як технологічні, недорогі та ефективні при експлуатації.

Проведено формування моделей ФЕУ з системою концентрування сонячного випромінювання та без неї. Попередньо було проведено обґрунтування вибору фоконової системи концентрації сонячного випромінювання.

У третьому розділі наведено результати довгострокового експериментального визначення енергогенерувальної спроможності СЕ у складі ФЕУ в натурних умовах.

За допомогою АЕВК фіксувались основні характеристики (сила струму та напруга при різних рівнях опору навантаження), які дозволяють об'єктивно оцінити ефективність перетворення сонячного випромінювання сонячними елементами у складі ФЕУ. Для зручності проведення аналізу отриманих даних відповідно до розробленої методики вольт-амперні характеристики СЕ були приведені до безрозмірних величин. Для цього в якості базових були вибрані величини струму і напруги в планарному режимі при рівні освітленості 800 Вт/м². За результатами експерименту побудовано ряд графічних залежностей, які наведено на рис. 1, 2, 3.

Рис. 1. Залежність функціональних характеристик СЕ МДН-структури від рівня енергетичної освітленості

Рис. 2. Залежність функціональних характеристик СЕ НДН-структури з товстою базовою областю від рівня енергетичної освітленості

Рис. 3. Залежність функціональних характеристик СЕ НДН-структури з тонкою базовою областю від рівня енергетичної освітленості

Отримані вольтамперні залежності якісно та кількісно продемонстрували, до якої міри неоднакова інтенсивність зміни параметрів, які відображують енергогенерувальну спроможність СЕ різної структури.

При цьому також було виявлено, що наявність або відсутність концентратора сонячного випромінювання по різному впливає на енергогенерувальну спроможність СЕ.

Рис. 4. Залежність відносної потужності в робочій точці від рівня енергетичної освітленості для сонячних елементів структури метал-діелектрик-напівпровідник

Рис. 5. Залежність відносної потужності в робочій точці від рівня енергетичної освітленості для сонячних елементів структури напівпровідник-діелектрик-напівпровідник з товстою базовою областю

Рис. 6. Залежність відносної потужності в робочій точці від рівня енергетичної освітленості для сонячних елементів структури напівпровідник-діелектрик-напівпровідник з тонкою базовою областю

В залежності від структури СЕ інтенсивність зміни енергогенерувальної спроможності (рис. 4, 5, 6) при різних діапазонах енергетичної освітленості проходить нерівномірно.

Розширити діапазон даних про енергогенерувальну спроможність монокристалічних кремнієвих одноперехідних сонячних елементів дозволяє створена математична модель, яка на відміну від існуючих, враховує особливості енергогенерування залежно від його структури.

На підставі узагальненого рівняння для ВАХ освітленого ідеалізованого СЕ можна побудувати графічну залежність тільки наближену до реальної. Однак, на реальний процес енергогенерування впливає ряд факторів - омічні опори структури, особливості конструкції СЕ й ін. Рівняння для ВАХ з урахуванням існуючих шунтуючого R_ш та послідовного R_п опорів доповнено залежностями, які враховують специфіку фізичних процесів, що відбуваються при генеруванні електричної енергії для СЕ різних типів. Врахування вище перелічених факторів дозволяє одержати більш точну світлову навантажувальну ВАХ. Для побудови такої залежності використано метод дискретних координат у випадку довільної кількості ланок еквівалентної схеми. Загальне рішення системи рівнянь, що основані на рівняннях Кірхгофа має вигляд:

Струми окремих діодів еквівалентної схеми в j-точці перегину ВАХ (тобто I_ij) визначаються з допоміжної системи (n-j) лінійних рівнянь при i=j+1:

де, з урахуванням структури монокристалічного кремнієвого СЕ коефіцієнт а визначається залежністю

,

де q - заряд електрона, k- постійна Больцмана, T - температура, A - діодний коефіцієнт, I_Ф - фотострум, R_с - перехідний опір контакту метал-напівпровідник.

У четвертому розділі надано характеристики, за якими можна провести оцінку раціональності використання компонентів ФЕУ. Взаємозв'язки, які виникають між компонентами ФЕУ (СЕ, системи концентрування, охолодження, орієнтації та ін.) визначаються їх складністю та умовами функціонування. Для врахування цих взаємозв'язків пропонується використовувати принцип декомпозиції. Новим є те, що проводити декомпозицію системи пропонується не до рівня агрегатів і функціональних зв'язків між ними, а до рівня взаємозв'язків базових складових, тобто в даному випадку розглядати структуру сонячних елементів.

Умовами, що визначають критерії вибору тієї або іншої системи перетворення сонячної енергії, є висока енергетична ефективність та вартість одержуваної електричної енергії. Тому для оцінки фотоелектричної установки в системі „вартість-ефективність” розроблений метод, який дозволяє передбачити заходи, що забезпечують високу ефективність енергогенерування та зниження вартості електроенергії, що генерується. Він оснований на тому, що вартість установки є адитивною величиною, тобто вартості: СЕ (З_СЕ), системи концентрації (З_к), системи орієнтації (З_ОР), вартості обслуговування (З_СО), вартості експлуатації (З_Експ):

.

Завдяки запропонованому методу виявлено, що застосування у фотоелектричній установці системи концентрації сонячного випромінювання стає економічно доцільним для сонячних елементів метал-діелектрик-напівпровідник тільки в тому разі, коли ступінь концентрації сонячного випромінювання більше ніж 75, а для сонячних елементів напівпровідник-діелектрик-напівпровідник з товстою базовою областю - більше ніж 58.

Визначено, що при проектуванні фотоелектричних установок необхідно враховувати взаємозв'язок типу сонячного елемента - його енергетичні характеристики у певних умовах функціонування - структури фотоелектричної установки, техніко-економічні параметри фотоелектричної установки.

У п'ятому розділі надано рекомендації з формування складу сонячної фотоелектричної установки та представлено розроблений алгоритм розрахунку фотоелектричної установки. Цей алгоритм враховує: розроблену математичну модель, методику розрахунку вартості, тип використовуваного сонячного елемента, умови експлуатації.

При проектуванні ФЕУ необхідно зважити на те, що застосування системи концентрування сонячного випромінювання не завжди має переваги. В області освітленостей до 420 Вт/м² для моделей ФЕУ з сонячних елементів МДН-структури та НДН-структури з товстою базовою областю рівень генерування практично однаковий для двох режимів функціонування. При рівні освітленості вище 420 Вт/м² ефект збільшення енергогенерування для ФЕУ з монокристалічних кремнієвих сонячних елементів метал-діелектрик-напівпровідник та напівпровідник-діелектрик-напівпровідник не проявляється і тільки для фотоелектричної установки з СЕ структури напівпровідник-діелектрик-напівпровідник з тонкою базовою областю застосування системи концентрування сонячного випромінювання дає збільшення енергогенерування, в порівнянні з планарним режимом, у 5-7 разів при збільшенні займаної площі в 4,5 рази. Але приріст енергогенерування спостерігався тільки при освітленості вище 650 Вт/м².

Новим у даному підході є те, що на етапі конструкторсько-проектних робіт враховуються не тільки вимоги до вихідних параметрів ФЕУ, особливості умов функціонування, а також і дані про структуру і параметри СЕ, які використовуються.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена важлива наукова задача теоретико-експериментального обґрунтування умов підвищення техніко-економічної ефективності систем фотоелектричного перетворювання енергії при різних рівнях сонячної інсоляції на основі використання сонячних елементів різної структури. При рішенні даної задачі отримані наступні результати:

1. На основі комплексного техніко-економічного аналізу структурних схем систем фотоелектричного перетворювання енергії проведене обґрунтування напрямків підвищення їх техніко-економічної ефективності, якими є як застосування концентраторів сонячного випромінювання із системою спостереження за Сонцем при використанні різних структур сонячних елементів, так і комплексний розгляд взаємовпливу елементів системи.

2. Запропоновано використовувати в натурних умовах експлуатації систем фотоелектричного перетворювання метод визначення їх енергетичної ефективності, суть якого полягає у вимірюванні сили струму та напруги при різних опорах навантаження; для його реалізації створений автоматизований вимірювальний комплекс у складі геліостата, блоку вимірювань, аналого-цифрового перетворювача, модуля сполучень та персональної електронно-обчислювальної машини.

3. Вперше експериментально визначено залежності вольтамперних характеристик, енергогенерувальної спроможності, опору навантаження в „робочій точці” від рівня сонячної інсоляції для кремнієвих монокристалічних сонячних елементів з різною структурою (метал-діелектрик-напівпровідник і напівпровідник-діелектрик-напівпровідник з товстою і тонкою базовою областю). Зокрема, встановлено, що на енергогенерувальну спроможність сонячних елементів і, природно, сонячних батарей на їх основі, суттєво впливає товщина базової області. Так, наприклад, зменшення товщини базової області в 2,5 рази приводить до підвищення енергогенерувальної спроможності (при рівні натурної інсоляції вище 650 Вт/м²) до 4 разів у точці максимуму потужності.

4. Експериментально (за результатами довгострокових вимірювань) встановлені нові залежності енергогенерувальної спроможності сонячних елементів і сонячних батарей від рівня сонячної інсоляції в натурних умовах, які свідчать про різке зростання потужності при рівнях інсоляції більш 400 Вт/м², зокрема при використанні систем концентрації випромінювання.

5. Створено нову математичну модель вольтамперних характеристик сонячних елементів, яка, на відміну від відомих, враховує особливості їх фізичної структури, що дозволило разом з урахуванням шунтуючих, послідовних опорів сонячних елементів і характеристик шунтуючих діодів, на основі застосування рівнянь Кирхгофа, побудувати адекватну модель для розрахунку вольтамперних характеристик сонячних батарей у цілому.

6. Запропоновано узагальнюючий метод визначення техніко-економічних характеристик фотоелектричних систем електропостачання, який враховує не тільки такі стандартні показники, як рівень сонячної інсоляції, коефіцієнт перетворення сонячної енергії, коефіцієнт використання площі сонячних батарей, але і такі параметри, як коефіцієнт концентрації сонячного випромінювання, питому вартість систем орієнтації й охолодження, тощо. Застосування цього методу показало, що в залежності від структури сонячних елементів використання систем концентрації сонячного випромінювання може бути економічно доцільним при певних ступенях концентрації (наприклад, для СЕ НДН-структури 60 -75, що не завжди технічно припустимо).

7. Розроблено математичну модель техніко-економічного аналізу фотоелектричних установок, яка враховує склад установки, умови функціонування, дані про структуру сонячних елементів, що використовуються, та комплекс технічних параметрів, які необхідно забезпечити. Застосування цієї моделі дозволяє вибрати найбільш раціональний за технічними та економічними показниками варіант фотоелектричної установки ще на стадії проектування.

8. Результати роботи, а саме методи розрахунку параметрів фотоелектричних установок з урахуванням типу та структури сонячних елементів, застосовуються в ДП „КБ Південне” (м. Дніпропетровськ), а також в учбовому процесі в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „ХАІ” (м. Харків) та Дніпропетровському національному університеті ім. О.Гончара (м. Дніпропетровськ). Результати дисертації можуть бути використані в установах НАН України, на промислових підприємствах, які займаються питаннями прямого перетворювання сонячної енергії, а також у навчальному процесі при підготовці бакалаврів, магістрів і аспірантів в учбових закладах МОН України.

Публікації за темою дисертації

1. Накашидзе Л. В. Методология определения состава и схемных решений солнечных фотоэлектрических установок /Л. В. Накашидзе, Л. И. Кныш // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ, 2008.- № 10 (57). - С. 100 - 104.

2. Накашидзе Л. В. Снижение стоимости энергогенерирования солнечных фотоэнергетических установок /Л. В. Накашидзе // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ, 2007. - №7 (43). - С. 108 - 116.

3. Накашидзе Л.В. Методология определения архитектурного облика солнечных батарей /В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе и др. // Вісник Дніпропетровського університету. Серія: Ракетно-космічна техніка. Випуск 10. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2006. - Т.2, № 9/2. - С.108 - 116.

4. Накашидзе Л. В. Автоматизация исследований энергогенерирующей способности солнечных элементов в условиях естественной инсоляции / В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ, 2005. - №9 (25). - С.162 - 168.

5. Накашидзе Л. В. Экспериментальное исследование энергетических характеристик солнечных элементов различных типов при естественном освещении / Н. А. Дегтярева, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // Космічна наука і технологія. - Київ: НКАУ, 2004. - Т.10, № 1. - С. 16 - 19.

6. Накашидзе Л. В. Инструментальное и программное обеспечение для экспериментального изучения возможности инвариантного использования солнечных элементов в составе фотоэлектрической установки / Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе, С. В. Пролис // Проблемы высокотемпературной техники: зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2004. - С.85 - 90.

7. Накашидзе Л. В. Экспериментальная установка для измерений энергетических характеристик солнечных элементов / Л. В. Накашидзе, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов // Проблемы высокотемпературной техники: зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2002. - С. 95 - 99.

8. Накашидзе Л. В. Уточнення напрямків розробки фотоелектричних систем / Л. В. Накашидзе, Г. І. Зарівняк, С. О. Митрохов // Космічна наука і технологія. - Київ НКАУ, 2002. - Т.8, №1. - С. 25 - 28.

9. Накашидзе Л. В. О выборе оптимального режима работы фотоэлектропреобразователя / Л. В. Накашидзе, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов // Космічна наука і технологія. - Київ: НКАУ, 2001. - Т.7, № 1. - С. 38 - 40.

10. Накашидзе Л. В. О рациональном использовании солнечных элементов / Л. В. Накашидзе, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов // Проблеми высокотемпературной техники: зб. наук. праць. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2001. - С. 65 - 70.

11. Накашидзе Л. В. Анализ влияния оптических и геометрических характеристик концентратора солнечного излучения на эффективность работы энергетической установки / Л. П. Болоненкова, В. А. Габринец, Г.И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // ХІІ Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2010. - С. 80.

12. Накашидзе Л. В. Влияние температуры на эффективность функционирования солнечной фотоэлектрической установки / В. А. Габринец, О. М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // XІ Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2009. - С. 76.

13. Накашидзе Л. В. Задачи и подходы к оптимизации солнечной фотоэлектрической установки / В. А. Габринец, О. М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // X Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2008. - С. 81.

14. Накашидзе Л.В. Функциональные характеристики солнечных элементов разных типов: точность их определения / В. А. Габринец, О .М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // ІX Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2007. - С. 106.

15. Накашидзе Л. В. Точность определения функциональных характеристик солнечных элементов / В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // Международная конференция „Передовые космические технологи на благо человечества”: тезисы докл. - Днепропетровск, 2007. - С. 16.

16. Накашидзе Л. В. Особенности схематического построения солнечной фотоэлектрической установки / В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // 2-я научно - практическая конференция „Новые технологии энергоснабжения и энергосбережения в промышленности и ЖКХ.” 28 - 29 марта 2007 в рамках 6-й специализированной выставки энергетики, энергосбережения и электротехники «Энергопром-2007» : тезисы докл. - Днепропетровск, 2007. - С. 57.

17. Накашидзе Л. В. Применение энергоактивных ограждающих конструкций для энергосберегающих мероприятий при реконструкции жилого фонда / В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // 2-я научно - практическая конференция „Новые технологии энергоснабжения и энергосбережения в промышленности и ЖКХ.” 28 - 29 марта 2007 в рамках 6-й специализированной выставки энергетики, энергосбережения и электротехники «Энергопром-2007» : тезисы докл. - Днепропетровск, 2007. - С. 58 - 59.

18. Накашидзе Л. В. Прогнозирование энергогенерирующей способности солнечных элементов / В. А. Габринец, О. М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // Регіональна наукова конференція „Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу”: тези допов. - Дніпропетровськ: 2006. - С.121 - 122.

19. Накашидзе Л. В. Фоконовая система концентрации: преимущества и недостатки / В. В. Власенко, В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // VIII Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2006. - С. 84.

20. Накашидзе Л. В. Определение архитектурного облика солнечной батареи / В. А. Габринец, О. М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // VIII Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2006. - С. 85.

21. Накашидзе Л. В. Экспериментальное определение влияния системы концентрации на геометрические параметры солнечных батарей / Н. В. Дегтярева, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // VII Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2005. - С.99.

22. Накашидзе Л. В. Новые направления в разработке солнечных элементов / О. М. Денисенко, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // VII Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2005. - С. 100.

23. Накашидзе Л. В. Программные средства для обработки и определения энергетических характеристик солнечных элементов / Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе, С. В. Пролис // VII Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2005. - С. 101.

24. Накашидзе Л. В. Фотоэнергетика: современность и перспективы / В. А. Габринец, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе, С. В. Пролис // VI Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2004. - С. 410.

25. Накашидзе Л. В. Перспективи використання сонячних батарей у складі комплексних сонячно-вітрових установок для енергозабезпечення регіонів України / Л. В. Накашидзе, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов // Міжнародна науково - практична конференція „Енергоефективність 2003”: тези допов. - К., 2003. - С. 77.

26. Накашидзе Л. В. Энергетические характеристики солнечных элементов различных типов при естественном освещении / Н. В. Дегтярева, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе // V Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2003. - С. 23.

27. Накашидзе Л. В. Уточнение направлений разработки фотоэлектрических модулей / Л. В. Накашидзе, Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов // III Міжнародна молодіжна науково - практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2001. - С. 44.

28. Накашидзе Л. В. Применение полимерных материалов в теплоелектрогенерирующих установках / Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе, А. А. Яцура // III Міжнародна молодіжна науково -практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2001. - С. 43.

29. Накашидзе Л. В. О выборе оптимального режима работы фотоэлектропреобразователя / Г. И. Заривняк, С. А. Митрохов, Л. В. Накашидзе, А. А. Рысаков // II Міжнародна молодіжна науково -практична конференція „Людина і космос”: тези допов. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2000. - С. 48.

30. Накашидзе Л. В. Фотоэнергетика - наиболее экологически безопасный источник электроэнергии / Л. Г. Гускина, Л. В. Накашидзе // Устойчивое развитие: загрязнение окружающей среды и экологическая безопасность. Первая международная научно - практическая конференция: тезисы докл. - Днепропетровск: ДНУ, 1995. - С. 31 - 32.

Анотації

Накашидзе Л.В. Раціональне використання сонячних елементів у складі ФЕУ при різному рівні інсоляції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.08 - перетворювання відновлюваних видів енергії. - Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ, 2009.

Робота присвячена дослідженням необхідним для вирішення проблеми раціонального використання сонячних елементів при виборі структури фотоелектричної установки. енергетичний сонячний фотоелектричний

У дисертації приведені теоретичне узагальнення та нове рішення наукової задачі, що полягає у визначенні шляхів підвищення ефективності перетворення сонячної енергії, при одночасному зниженні вартості одержуваної електроенергії. На відміну від відомих методів підходу до формування вигляду ФЕУ, пропонується, використовуючи принцип декомпозиції, у новому аспекті враховувати характерні риси енергогенерування СЕ, що випускаються промисловістю, а саме - враховувати структуру використовуваних сонячних елементів.

Запропоновано нові методи розрахунку функціональних параметрів сонячних елементів, що, на відміну від існуючих, враховують особливості їх структури та енергогенерувальну спроможність в різних умовах експлуатації; комплексного техніко-економічного обґрунтування структури сонячних фотоелектричних установок; розроблено алгоритм розрахунку, що дозволяють обґрунтовано підійти до вибору заходів, які призводять до підвищення ефективності енергогенерування при зниженні вартості одержуваної електричної енергії.

Новим у даному підході є те, що на етапі конструкторсько-проектних робіт остаточне рішення про структуру сонячних фотоелектричних установок пропонується приймати після розгляду структури сонячних елементів, які використовуються і особливостей їх функціонування.

Ключові слова: сонячний елемент, фотоелектрична установка, концентратор сонячного випромінювання, вольтамперна характеристика.

Накашидзе Л.В. Рациональное использование солнечных элементов в составе ФЭУ при разном уровне инсоляции. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.08 - преобразование возобновляемых видов энергии. - Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, Киев, 2009.

Диссертационная работа посвящена решению важной проблемы -теоретико-экспериментального обоснования условий повышения технико-экономической эффективности систем фотоэлектрического преобразования энергии при разных уровнях солнечной инсоляции на основе использования солнечных элементов с разной структурой.

Существует несколько условий, которые не позволяют полномасштабно использовать солнечные фотоэлектрические установки в системах энергоснабжения. Одним из таких факторов при обеспечении необходимого уровня энергогенерирования является довольно высокая цена получаемой электрической энергии. Приведены теоретическое обобщение и новое решение научной задачи, которая заключается в определении путей повышения эффективности преобразования солнечной энергии, при одновременном снижении стоимости получаемой электроэнергии. В отличие от известных подходов к формированию облика фотоэлектрической установки, предлагается, используя принцип декомпозиции, в новом аспекте учитывать характерные особенности энергогенерирования промышленно выпускаемых солнечных элементов, а именно - дополнительно учитывать конструктивные особенности используемых солнечных элементов. Разработанные методологические и проведенные экспериментальные исследования в условиях естественной солнечной инсоляции позволили создать критерии, использование которых позволяет обеспечить эффективное функционирование солнечной фотоэлектрической установки.

Инструментальное обеспечение экспериментальной работы проводилось с помощью специального разработанного автоматизированного экспериментального измерительного комплекса. Определено, что необходимо рассматривать и учитывать структуру солнечных элементов при проектировании солнечных фотоэлектрических установок; применение системы концентрации солнечного излучения не всегда имеет преимущества перед планарним режимом. На основании полученных результатов был разработан алгоритм расчета состава и конструкции солнечной фотоэлектрической установки. В этом алгоритме учтены: разработанная математическая модель определения энергетических характеристик кремниевых монокристаллических солнечных элементов, методика расчета стоимости получаемой электроэнергии, тип используемого солнечного элемента, условия эксплуатации. Данный алгоритм позволяет рационально использовать солнечные элементы в фотоэлектрических установках.

Предложены новые методы:

- комплексного технико-экономического обоснования структуры солнечных фотоэлектрических установок;

- разработан алгоритм расчета, позволяющий обосновано подойти к выбору мероприятий, приводящих к повышению эффективности энергогенерирования и снижению стоимости получаемой электрической энергии.

Новым в данном подходе является то, что на этапе конструкторско-проектных работ окончательное решение о структуре солнечных фотоэлектрических установок предлагается принимать после рассмотрения конструктивных особенностей используемых солнечных элементов и особенностей их функционирования. Учитываются не только требования к исходным параметрам фотоэлектрических установок, особенности условий функционирования, но и существующая компонентная и технологическая база. Это разрешает обоснованно подходить к использованию промышленно вырабатываемых модулей и солнечных батарей с заданными техническими характеристиками, параметрами и особенностями, которые возникают при их эксплуатации.

Ключевые слова: солнечный элемент, фотоэлектрическая установка, концентратор солнечного излучения, вольтамперная характеристика.

Nakashidze L.V. The rational use of solar devices as a part of PES at different insolation level. - Manuscript.

The dissertation for a Candidate of Engineering Sciences degree, speciality 05.14.08 - Renewable energy sources conversion. - The Institute of Renewable Energy of Ukraine National Academy of Sciences, Kyiv, 2009.

Dissertational operation is devoted to the solution of the important scientifically-applied problem of solar devices' rational use in photoelectric installations. In the dissertation there is a theoretical generalisation and the new solution of the scientific problem that consists in the definition of trajectories of pinch of efficiency of solar energy's transformation, simultaneously depreciation of the gained electric power is given. It is offered to use a decomposition principle, to consider prominent features of power generating industrially released SC in new aspect, namely, to consider structure of used solar devices.

The new methods of calculation of functional parameters of monocrystalline silicic elements of solar devices are offered, their structure and features of power generating are taken into account in different external environments; the algorithm of the calculation is developed, allowing to approach the selection of the actions that leads to pinch of efficiency of power generating and depreciation of gained electrical energy. New in this approach is to that on the stage of works of designer-projects final decision about the structure of solar photoelectric installations it is suggested to adopt the structures of the used elements of solar devices and features of their functioning after consideration.

Keywords: a solar device, photoelectric installation, the sunlight concentrator.

Размещено на Allbest.ru

...