Лысов Е.Л., Колмакова Д.А., к.т.н. Богданов С.А.

Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика

С.П. Королева (национальный исследовательский университет), Российская Федерация

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕЛКОСЕГМЕНТНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

Развитие возобновляемых источников энергии является важным направлением в инновационной политике России и Мира.

Современные реалии показывают, что развитие данной области энергетики в России только начинается. Сегодня вклад возобновляемых источников в энергобаланс составляет примерно 1%. Около года назад было издано распоряжение Правительства, согласно которому к 2020 году устанавливается значение доли использования возобновляемых источников – 4,5 %.

В других странах внедрение технологий с использованием возобновляемых источников энергии проходит намного быстрее. Евросоюз для 2020 года установил значение целевого показателя объема производства и потребления электроэнергии с использованием возобновляемых источников в 20 % [1].

Ошибочно полагать, что в России недостаточно территорий с уровнем солнечной радиации, позволяющим использовать фотоэлектрические преобразователи. В настоящее время лидером в данной области является Германия [1], которая находится на одной широте с Самарской областью. А такая северная страна, как Швеция, приняла государственную программу достичь за 10 лет доли производства электроэнергии за счет солнца в 29% [2].

Принцип работы фотоэлектрических преобразователей заключается в следующем: фотоэлемент состоит из двух слоев: n и р, с различными типами проводимости и контактов для присоединения к внешней цепи.

Когда фотон света попадает в n-слой первоначальная контактная разность потенциалов между р- и n-слоями полупроводника снижается, появляется напряжение внешней цепи.

Энергия, вырабатываемая солнечной панелью, зависит от: интенсивности солнечного излучения, прозрачности воздуха, угла падения света, а также площади, температуры и КПД фотоэлемента.

На мировом и российском рынках сегодня широко представлены плоские фотоэлектрические преобразователи, имеющие ряд недостатков, связанных с низким КПД на углах падения света отличных от 90°, а также влиянием погодных условий (как правило, зимой плоские преобразователи покрываются снегом, что снижает их эффективность).

Целью проекта является разработка энергоэффективных мелкосегментных фотоэлектрических преобразователей с улучшенными эксплуатационными характеристиками, предназначенных для автономного и резервного энергообеспечения объектов различных отраслей промышленности, энергетики, жилищно-коммунального хозяйства.

Применение мелкосегментных фотоэлектрических преобразователей в сочетании со светоотражающим покрытием за конструкцией позволит одинаково эффективно поглощать энергию в течение всего дня, вне зависимости от положения солнца, в отличие от традиционных плоских фотоэлектрических преобразователей.

Панели можно просто укладывать на крышу. Традиционные солнечные батареи должны иметь достаточно прочную конструкцию, чтобы выдерживать сильные ветра, а предлагаемые нами преобразователи будут располагаться в горизонтальном положении и охлаждаться благодаря своей форме, что позволит уменьшить рабочие температуры и увеличить надёжность системы в целом. Свет, проходящий между сегментами и отражающийся от поверхности за конструкцией, освещает теневую сторону батареи, увеличивая тем самым ее КПД. Это особенно актуально в зимний период, когда потребление электроэнергии возрастает, а снег отражает 85 % процентов падающей на него солнечной энергии.

Итак, преимущества мелкосегментных преобразователей перед плоскими преобразователями:

·               устойчивость к атмосферным воздействиям - в условиях снегопада снег не накапливается на поверхности преобразователей, поэтому она не требует очистки. Также и летом во время дождя влага не задерживается на поверхности преобразователя, тем самым не создает отражающего эффекта.

·               благодаря расположению модулей батареи на расстоянии друг от друга, нагрузка на конструкцию, возникающая при порывистом ветре, значительно ниже, чем у традиционных солнечных батарей, а также обеспечивается лучшее охлаждение модулей.

Предлагаемая конструкция может быть использована в промышленных и коммунальных отраслях для автономного и резервного энергообеспечения.

На устойчивость и эффективность разрабатываемых установок практически не влияет ветер, снег, дождь, что очень важно для нашего климата.

В России рынок фотоэлектрических преобразователей будет только расти. Его емкость исчисляется миллиардами рублей.

 

Список использованных источников

1.    Книжников А.Ю. Развитие ВИЭ – российские реалии / А.Ю. Книжников, Е.А. Кутепова // Energy Fresh. – 2010. – №2. – С. 44-46.

2.    Черкасов М.И. Проблемы развития солнечной энергетики в России / М.И. Черкасов // Energy Fresh. – 2010. – №2. – С.8-10.