Разработка и исследование солнечного теплофотоэлектрического модуля с концентратором параболоидного типа

В основе практически всех видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) лежит энергия излучения Солнца. Количество солнечной энергии (СЭ), поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию мировых запасов нефти, газа, угля и урана [1,2]. «Ясно, что проблема энергии как ресурса — не в её общем возможном количестве, а скорее, в количествах, получаемых из источников, которые мы предпочитаем и в состоянии использовать в настоящее время в виде сложившихся традиций и отработанных технологий» [3]. Солнечная энергия — экологически чистый возобновляемый источник энергии, роль которого в современном мире легко оценить. Ещё Циолковским К. Э. подмечено: «Только наше невежество заставляет пользоваться ископаемым топливом» [4]. Большая часть производимой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ, сопровождается не только химическим загрязнением окружающей среды и истощением природных ресурсов, но и приводит к «тепловому загрязнению Земли» .

Существенная часть территории России является малозаселённой, а передача электроэнергии по ЛЭП в такие районы является нерентабельной, поэтому около 70% территории страны не имеет централизованного электроснабжения [5]. Для таких регионов (Крайний Север, восточные регионы и горная местность) использование собственных источников энергии является особо актуальным. К таким источникам относятся возобновляемые источники энергии [6 — 8]. Согласно прогнозам [9], Земля сможет обеспечивать нас нефтью и газом 50 — 75 лет и углём 400 — 500 лет. Авария же на атомной электростанции Фукусима в Японии поставила вопрос об экологических проблемах атомной энергетики, к тому же запасов топлива для атомной энергии хватит на сто лет [10]. Использование атомных станций связано также с проблемой переработки и захоронения радиационных отходов. К серьёзным экологическим нарушениям приводит перекрытие рек плотинами гидроэлектростанций, а также использование огромных территорий суши под водохранилища. Все эти предпосылки приводят к необходимости пересмотреть перспективы развития энергетики в ближайшем будущем.

В России отмечается рост внимания к ВИЭ, о чём свидетельствуют подписанные указ Президента РФ «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» [11] и распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 «Об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года» [12]. Планируется увеличить долю ВИЭ (кроме ГЭС мощностью свыше 25 МВт) до 2,5% к 2015;му и до 4,5% к 2020;му годам.

Лидерами по производству солнечного электричества, являются Испания, Германия и США. В России же пока реализуются локальные, небольшие проекты. Большинство фотоэлектрических систем и солнечных водонагревательных установок расположены в Краснодарском крае. Такие системы есть в Бурятии и Ростовской области. Несмотря на утверждения о том, что в странах, лежащих севернее 45 ° с. ш. солнечная установка не окупается в течение 30 лет, Германия, находящаяся на широте 45 ° - 55 является одним из мировых лидеров в области солнечной энергетики. Краснодарский край же и большая часть Южной Сибири (рисунок В.1 [13]) по инсоляции (4,0 — 4,5 кВт ч/м2 в день) сравнимы с югом Франции и центральной частью Италии, где солнечная энергетика очень широко развивается. Наиболее выгодно применение солнечных установок в южных и юго-восточных регионах России. гоэо<�о 5сботовсео! ос но5 чо 1 за чс 1ю 1го 1″.

С Е В Е Р н ы й л ьДО В II т ы й о к к л и.

Рисунок В.1 — Карта инсоляции России.

В современном мире происходит постепенное уменьшение стоимости преобразования СЭ. Это связано прежде всего со снижением затрат на производство и увеличением его объёмов, а также повышением эффективности работы самих солнечных энергоустановок.

Актуальность темы

.

Преобразование СЭ в теплоту и электричество является актуальным, прежде всего для автономных потребителей [14,15]. Экономически же обоснованным является строительство станции для энергоснабжения потребителей, удалённых от электрических сетей более чем на 50 км [16].

Одним из методов преобразования СЭ в электрическую является метод прямого преобразования с помощью планарных и матричных солнечных модулей (ПСМ и МСМ). В солнечной энергетике, при использовании ПСМ и МСМ, выделяются два направленияфотоэлектрическое преобразование неконцентрированного и концентрированного солнечного излучения (СИ), которые являются перспективными для создания солнечных станций [17,18]. Созданы фотоэлектрические модули с КПД 28%, в том числе каскадные гетероструктуры на основе арсенида галлия с КПД до 42% [19, 20].

Существует два направления снижения стоимости солнечных фотоэлектрических станций: улучшение технико-экономических характеристик ПСМ и создание станций с концентраторами [17, 19 — 24]. Применение концентраторов позволяет уменьшить количество полупроводникового материала, а использование их совместно с системой слежения за Солнцем является одним из способов повышения эффективности установок. Основными особенностями МСМ, разработанных в ГНУ ВИЭСХ, является возможность их использования при высоких концентрациях СИ, при котором наблюдается и увеличение КПД. При использовании подобных систем возможно создание комбинированной установки для производства электричества и тепла.

В развитие отечественной и мировой гелиотехники и фотоэлектрического преобразования СЭ внесли большой вклад такие учёные, как Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Апариси В. А., Арбузов Ю. Д., Баранов В. К., Баум В. А., Вавилов B.C., Васильев A.M., Вершинин B.C., Вейнберг В. Б., Виссарионов В. И., Грилихес В. А., Евдокимов В. М., Заддэ В. В., Захидов P.A., Каган М. Б., Колтун М. М., Кондратьев К. Я., Ландау Л. Д., Ландсман А. П., Лидоренко Н. С., Майоров В. А., Персиц И. С., Пивоварова З. И., Полисан A.A., Потапов В. Н., Рябиков C.B., Селиванов Н. П., Стребков Д. С., Тарнижевский Б. В., Тверьянович Э. В., Тепляков Д. И., Трушевский С. Н., Тюхов И. И., Унишков В. Л., Харченко В. В., а также такие зарубежные учёные, как Бекман У., Даффи Дж., Антонио Луки, Клейн С., Колларес — Перейра М., Лю Б., Джордан Р., Холландс К., Уинстон Р., Сэтер Б., Шокли В. и ряд других выдающихся учёных.

В современном мире, основываясь на материалах конференций и симпозиумов в области солнечной энергетики, видна тенденция развития и глубоких исследований солнечных установок на основе планарных солнечных модулей, способных одновременно производить тепловую и электроэнергию. Одновременно с этим исследуются, и уже работают много лет солнечные теплофотоэлектрические установки с концентраторами различных типов. Исходя из этого, появилась потребность в создании теплофотоэлектрической солнечной установки с концентратором параболоидного типа для электротеплоснабжения.

Целью работы является разработка, изготовление и испытание в натурных условиях солнечного теплофотоэлектрического модуля с концентраторами параболоидного типа и различными приёмниками солнечного излучения.

Для достижения этой цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Рассмотрение состояния современного использования концентрированного солнечного излучения в солнечных энергетических установках с различными типами фотоприёмников;

2. Создание методики расчёта и проведение расчёта профилей концентраторов параболоидного типа для солнечных модулей с необходимым распределением освещённости по поверхности различных фотоприёмников.

3. Разработка технологии и способа изготовления концентратора солнечного излучения параболоидного типа с необходимым распределением освещённости в фокальной области, а также расчёт геометрии фацет этих концентраторов и предложение технологии их изготовленияна основании расчётных данных изготовление и исследование экспериментальных модулей с составными концентраторами параболоидного типа с теплофотоэлектрическим приёмником и тепловым приёмником в виде двигателя Стерлинга;

4. Создание алгоритма и методики расчёта теплового режима работы водяного радиатора матричных солнечных модулей в программном комплексе Ашуэ и моделирования тепловых режимов работы фотоприёмника когенерационного солнечного модуляобеспечение нанесения тонкого теплопроводного слоя диэлектрика (изолятора) между радиатором и матричными солнечными модулями;

5. Разработка методики проведения испытаний солнечных модулей с концентраторами параболоидного типа и цилиндрическими теплофотоэлектрическими приёмниками в натурных условияхисследование экспериментальных вольт-амперных характеристик матричных солнечных модулей и планарных солнечных модулей при концентрированном солнечном излучении с воздушным и водяным охлаждениями, исследование экспериментальных тепловых характеристик солнечного теплофотоэлектрического модуля и солнечного модуля с двигателем Стерлингасравнительный анализ выработки электроэнергии солнечными электростанциями с различными преобразователями солнечной энергии;

6. Предложение перспективных областей применения теплофотоэлектрических установок и технико-экономическое обоснование использования разработанных солнечных теплофотоэлектрических модулей для теплоэлектроснабжения.

Научная новизна работы состоит в:

1. Разработке методики расчёта профилей концентраторов параболоидного типа для солнечных модулей с необходимым распределением освещённости по поверхностям различных фотоприёмников;

2. Создании методики расчёта фацет концентратора параболоидного типа и способе его изготовления;

3. Разработке методики моделирования теплового режима работы радиатора фотоэлектрического приёмника в программном комплексе Ашуэ;

4. Применении способа нанесения тонкого теплопроводящего диффузионного слоя диэлектрика на поверхность радиатора для фотоэлектрических элементов методом микродугового оксидирования;

5. Изготовлении и исследовании экспериментальных образцов солнечных модулей с составными концентраторами параболоидного типа с цилиндрическим теплофотоэлектрическим приёмником и тепловым приёмником в виде двигателя Стирлинга;

6. Создании методики проведения испытаний солнечных модулей с концентраторами параболоидного типа и цилиндрическими теплофотоэлектрическими приёмниками в натурных условиях.

Практическая ценность работы.

Материалы диссертационной работы, представленные ниже, используются в разработках солнечных энергетических установок на базе концентраторов параболоидного типа с матричными и планарными солнечными модулями, а также тепловыми фотоприёмниками.

1. Методика и алгоритм расчёта профиля концентратора параболоидного типа с заданной освещённостью в фокальной области для использования с различными фотоприёмниками позволяют рассчитывать распределение концентрированного солнечного излучения по поверхности фотоприёмника в зависимости от свойств самого приёмника.

2. Методика и алгоритм расчёта фацет для изготовления концентратора параболоидного типа с заданным профилем и размерами позволяют рассчитывать и изготавливать фацеты для его изготовления с рассчитанным распределением концентрированной освещённости и заданными размерами.

3. Методика и алгоритм расчёта в программном комплексе Ашув теплового состояния водяного радиатора фотоэлектрического приёмника солнечного концентраторного модуля позволяет рассчитывать и визуализировать тепловое состояние, течения, распределение температур и т. д. любого приёмника солнечного излучения.

Разработанный и изготовленный макет с концентратором параболоидного типа и теплофоэлектрическим приёмником с матричными солнечными модулями и водяным радиатором позволяет получать электричество, пригодное для дальнейшего использования в инверторах и аккумуляторных батареях. Наряду с электричеством потребитель получает тёплую воду с температурой 25 — 60 °C и более в зависимости от расхода теплоносителя. Разработанный и изготовленный макет с концентратором параболоидного типа и тепловым приёмником в виде горячего цилиндра двигателя Стирлинга УДС — 1 позволяет получать механическую энергию и преобразовывать её в электрическую. Наряду с механической или электроэнергией потребитель получает тёплую воду с температурой 25 — 45 °C в зависимости от расхода теплоносителя. Рассчитанные концентраторы модулей позволяют получать требуемое распределение концентрированного солнечного излучения по поверхности фотоприёмников.

Представленные выше методики и изготовленные макеты внедрены в учебный процесс и производственную практику различных организаций, что подтверждено соответствующими актами о внедрениях: ФГБОУ «Астраханский государственный университет» направление подготовки «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по дисциплине «Альтернативная энергетика», г. АстраханьФГУП экспериментальный завод «Александровский» Россельхозакадемии, г. АлександровПромышленное предприятие ОАО «АлМет» г. Ульяновск, специализирующееся на производстве спутниковых антеннПредприятие ООО «Энерготехнологии» г. Краснодар, специализирующееся на производстве солнечных модулей и коллекторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчёта профиля концентратора параболоидного типа с различными фотоприёмниками позволяет рассчитывать конструктивные параметры разрабатываемого солнечного модуля с заданным профилем распределения освещённости по поверхности фотоприёмника сложной формы;

2. Расчёт фацет для изготовления концентратора параболоидного типа, разработка технологии его изготовления и конструкции модулей с концентраторами параболоидного типа с цилиндрическим теплофотоэлектрическим приёмником с матричными и планарными солнечными модулями и тепловым приёмником в виде двигателя Стерлинга позволяют изготавливать разработанные солнечные модули в лабораторных условиях;

3. Методика моделирования теплового режима радиатора фотоэлектрического приёмника концентраторного солнечного модуля позволяет оценивать, прогнозировать и визуализировать тепловое состояние фотоприёмников солнечного излучения;

4. Разработанная методика проведения испытаний солнечных модулей с концентраторами параболоидного типа и цилиндрическими теплофотоэлектрическими приёмниками в натурных условиях позволяет исследовать тепловые и фотоэлектрические характеристики модулей с концентраторами параболоидного типа при воздушном и водяном охлаждениях фотоприёмников;

5. Предложены перспективные области применения теплофотоэлектрических установок с концентраторами параболоидного типа и технико-экономическое обоснование использования разработанных солнечных теплофотоэлектрических модулей для теплоэлектроснабжения.

Достоверность научных результатов, теоретических исследований и основных выводов подтверждена совпадением аналитических данных с данными испытаний солнечных теплофотоэлектрических модулей, а также высокой воспроизводимостью экспериментальных данных.

Апробация работы.

Выступления с результатами исследований по теме диссертации на заседаниях секций Учёного Совета ГНУ ВИЭСХ (2009 — 2013 г. г.), а также на конференциях, семинарах научных учреждений и участие в выставках:

— на 7-й и 8-й Международных научно-технических конференциях «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», ГНУ ВИЭСХ, 18−19 мая 2010 г. и 16 мая 2012 г.- на конференции «Электрификация, энергообеспечение, электромеханизация и автоматизация в сельском хозяйстве», 13 декабря 2011 г.

— на Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» и научно-практической конференции «Инновационные и энергосберегающие технологии в АПК», МГАУ им. В. П. Горячкина, 6 октября 2011 г. и 27 марта 2012 г.

— на семинаре в Крокус Экспо «Энергетика Будущего», конференции «Малая и возобновляемая энергетика, энергосберегающие технологии и методы передачи электроэнергии», 18 ноября 2011 г.

— на международной конференции в рамках стажировки International Programme on Solar Energy Technologies and Applications at the Solar Energy Centre, Индия, г. Дели, 1 декабря 2011 г.

— на IX-й Международной ежегодной конференции «Возобновляемая и малая энергетика — 2012», Конгресс-Центр Экспоцентра, 14 июня 2012 г.

— на Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве», РУП «Научно — практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства», Республика Беларусь, г. Минск, 10−11 октября 2012 г.

— на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень», Москва, ВВЦ, 11−14 октября 2012 г.

— на Восьмой Всероссийской научной молодёжной школе с международным участием «Возобновляемые источники энергии», МГУ им. М. В. Ломоносова, 20 — 23 ноября 2012 г., где получен диплом победителя конкурса работ молодых учёных.

— на 6-м Международном форуме по интеллектуальной собственности Expopriority 2012, ЦВК «Экспоцентр», Москва, 28 — 30 ноября, 2012 г.

— на выставке Всероссийская марка (III тысячелетие). Знак качества XXI века. 28-я выставка «Национальная Слава» и конкурс. Продукция машиностроительных, приборостроительных предприятий, Москва, 16−19 декабря 2012 г.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ в центральной печати, из которых 9 в рекомендованных ВАК изданиях и 3 по материалам конференций, вынесено 1 решение о выдаче патента.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключенияизложена на 172 страницах машинописного текста (в том числе четыре приложения на 35 страницах), иллюстрированных 142 рисунками и 28 таблицамисписок литературы включает 153 наименования (в том числе 30 на иностранных языках).

Выводы по главе 3.

1. Разработана технология изготовления концентраторов параболоидного типа и созданы три концентратора на основе этой технологии. С целью изготовления фацет для концентраторов проведены расчёты профиля концентратора в Microsoft Excel, создан чертёж профиля в среде AutoCad, в SolidWoks создана трёхмерная модель лепестка, а выкройка лепестка выведена на печать в Forming Suite. Из рассчитанных и изготовленных фацет собраны три концентратора параболоидного типа для двух солнечных модулей с различными необходимыми распределениями концентрированного солнечного излучения в фокальной области.

2. Рассчитан и изготовлен радиатор водяного охлаждения с посадочной поверхностью для фотоэлектрических элементов, имеющей большую теплопроводность и одновременно являющейся диэлектриком. Таких свойств удалось добиться благодаря применению метода микродугового оксидирования.

3. Проведены исследования фотоэлектрических характеристик теплофотоэлектрического солнечного модуля при натурных испытаниях и различных условиях освещения и охлаждения. На основании проведённых исследований показано, что планарные солнечные модули всех типов снижают КПД при технологической обработке, а также при концентрации и при недостаточном охлаждении. Электрический КПД солнечного модуля при работе с концентратором и матричными солнечными модулями без учёта оптических потерь увеличивается с 9,5% (естественное освещение) до 12,3% (при концентрации). С учётом оптических потерь и г]опт = 0,65 КПД = 7,4%, при г/опт = 0,8 КПД фотоэлектрического преобразования модуля составляет 9,9%, что говорит о целесообразности применения матричных солнечных модулей в составе теплофотоэлектрической установки с концентраторами параболоидного типа.

4. Средняя концентрация освещённости по боковой поверхности теплофотоэлектрического приёмника составила около 7 крат. Концентрация по торцевой поверхности теплофотоэлектрического приёмника составила 20 — 25 крат. Проведены исследования тепловых характеристик теплофотоэлектрического солнечного модуля при натурных испытаниях. Оптимальным оказался расход воды 0,5 л/мин, а температура воды на выходе составила 38 °C.

5. Исследованы тепловые режимы работы двигателя Стерлинга с воздушным и водяным охлаждениями совместно с параболоидным концентратором производства ОАО АлМет. Проведены натурные испытания и исследования тепловых характеристик солнечного модуля с тремя изготовленными концентраторами параболоидного типа совместно с двигателем Стерлинга при различных условиях концентрации и охлаждения. Применение разработанных концентраторов параболоидного типа в сравнении с параболоидными концентраторами производства ОАО АлМет снижает начальную температуру работы двигателя Стерлинга в два раза (с 400 °C до 200 °С), что говорит о более равномерном прогреве фотоприёмника двигателя Стерлинга. Распределение освещённости по торцевой и боковой поверхности цилиндра позволяет нагреть наиболее эффективную площадь горячего цилиндра двигателя Стерлинга. Температура воды на выходе из радиатора двигателя составила 37 — 40 °C.

ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕХНИКО.

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ.

ПАРАБОЛОИДНОГО ТИПА.

В современном мире большое внимание уделяется экологии и соответственно энергию необходимо получать из возобновляемых источников. Вопрос технико-экономического обоснования целесообразности солнечных установок в развитых странах является важным предметом исследований.

В настоящее время в удалённых от энергосетей регионах России (свыше 70% территории) стоимость топлива выше из-за транспортных расходов и потерь топлива при этой транспортировке. Применение солнечных теплофотоэлектрических установок для теплоэлектроснабжения сельскохозяйственных объектов согласуется с энергетической стратегией сельского хозяйства России до 2020 года [135], согласно которой планируется обеспечить до 10% потребностей сельского хозяйства в электроэнергии за счёт солнечных установок.

4.1 Исследование областей применения солнечных энергетических установок комбинированного типа.

Исследованные в диссертационной работе теплофотоэлектрические модули могут входить в состав установок, которые можно не только использовать по отдельности, но и на их базе строить крупные станции. В этом случае снижается стоимость ССС, систем отвода тепловой энергии и управления. В качестве возможных областей применения подобных установок можно выделить:

Объекты, не имеющие централизованного электроснабжения и питающиеся от дизель-генераторов Приход прямой составляющей СЭ на нормально ориентированную у поверхность для Краснодарского края составляет 4,01 кВт-ч/(м день) [136]. Один модуль с концентратором площадью 1 м², разработанной фотоэлектрической установки в течение года произведёт:

W3Jl = 365• (W^-Пфэ — Рссс) (кВт-ч/год) (4.1) fTmen = 365 Wa"r/me", (4.2) где W3JI и Wmen — количество произведенной электрической и тепловой энергийWaHсреднесуточный приход прямого СИ, Вт-ч/м — гфэ и гт — КПД получения электричества и теплаРссс — средняя потребляемая мощность системы слежения, Вт-ч /день;

W3J1 = 365 • (4010 • 0,123 — 15) = 174 554 Вт-ч/год = 175 кВт-ч/год электроэнергии.

Wmen — 365 • 4010 • 0,5 = 731 825 Вт-ч/год = 732 кВт-ч/год тепловой энергии.

Тогда выработка тепловой энергии изготовленным теплофотоэлектрическим модулем с концентратором площадью 0,8 м² составит:

Wmen =586 КВТ-Ч/ГОД.

Выработка электрической энергии изготовленным фотоэлектрическим модулем в составе теплофотоэлектрического модуля с площадью концентратора 0,28 м² составит:

W3jl = 49 кВт-ч/год.

Потребление электроэнергии для первого уровня бытовой нагрузки села на семью [137] составляет 708 кВт-ч/год. Для электроснабжения дома необходима установка, состоящая из п-то количества модулей: п = ШгЫ/Шэл-к, (4.3) где к — коэффициент запаса мощности. п = 708/49 • 1,2 = 17, т. е. 17 модулей для теплофотоэлектрической установки.

Для питания 3-х соседних сельских домов достаточно электроэнергии, производимой двумя теплофотоэлектрическими станциями, состоящими из 56 модулей, каждые 28 модулей которых установлены на одной несущей раме с двухкоординатным следящим устройством ED-2000dual. Также потребители получают 586 кВт-ч/год х 56 мод. = 32 816 кВт-ч/год тепловой энергии.

Использование установки при отгонном животноводстве. Существует необходимость в автономном источнике питания, который не требует горючего топлива и обеспечивает пастухов и стадо энергией. При отгонном животноводстве потребление электрической энергии приходится на быт, водоподъём из скважин и колодцев, а также производственные процессы [138, 139] (таблица 4.1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Обосновано эффективное использование концентраторов параболоидного типа совместно с матричными солнечными модулями. Предложенная методика расчёта профиля концентратора параболоидного типа фотоэлектрического модуля обеспечивает необходимое распределение концентрированного солнечного излучения на поверхности цилиндрического фотоприёмника, состоящего из:

— теплофотоэлектрического приёмника с достаточно равномерным распределением освещённости на фотоэлектрической и тепловой частях приёмника;

— горячего цилиндра двигателя Стерлинга, что обеспечивает распределение освещенности в наиболее его эффективной части;

Создана методика и проведён расчёт тепловых параметров радиатора фотоэлектрических элементов в программной среде Ашуз. Полученные результаты позволяют оптимизировать параметры конструкции теплофотоэлектрического модуля и самого фотоприёмника.

2. Разработанная технология изготовления концентратора параболоидного типа позволяет изготавливать фацеты концентратора с помощью созданного алгоритма. Из рассчитанных фацет изготовлены три концентратора параболоидного типа с различными распределениями освещённости в фокальной области.

3. Разработан фотоприёмник с пленарными и матричными солнечными модулями. Метод микродугового оксидирования хорошо зарекомендовал себя в качестве способа качественной организации теплоотвода от фотоэлектрических элементов. Разработан радиатор водяного охлаждения для фотоэлектрических элементов с теплопроводящим и электроизоляционным слоем, полученным благодаря применению метода микродугового оксидирования.

4. На основании проведённых натурных исследований солнечного теплофотоэлектрического модуля с концентратором параболоидного типа по разработанной методике при различных условиях освещения и охлаждения показано, что КПД модуля при работе с концентратором и матричными солнечными модулями без учёта оптических потерь увеличивается с 9,5% до 12,3%. С учетом г}опт = 0,65 КПД = 7,4%, а при цопт = 0,8 КПД модуля повышается до 9,9%, что подтверждает целесообразность применения матричных солнечных модулей в составе теплофотоэлектрической установки с концентраторами параболоидного типа. Средняя концентрация по боковой поверхности фотоэлектрического приёмника составила около 7 крат. Концентрация по торцевой поверхности приёмника составила 20 — 25 крат. При расходах воды 0,5 — 1,5 л/мин температура воды на выходе составила 38 — 42 °C. В зависимости от расхода возможно регулирование температурой воды на выходе.

5. Применение разработанных концентраторов параболоидного типа в сравнении с параболоидными концентраторами производства ОАО АлМет снижает начальную температуру работы двигателя Стирлинга в два раза (с 400 °C до 200 °С), что говорит о более равномерном прогреве рабочего тела двигателя Стирлинга. Возможно получение воды на выходе с температурой 40 °C и более в зависимости от расхода теплоносителя. Модуль с двигателем Стирлинга с КПД 30% в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую эффективнее в 1,5 — 2 раза, чем применение солнечных модулей с фотоэлектрическими преобразователями с КПД 15%, работающими с системой слежения за Солнцем, и в 2,5 — 3 раза эффективнее солнечного модуля с фотоэлектрическими преобразователями с КПД 15%, работающими стационарно.

6. Для электроснабжения 3-х соседних сельских домов предложено использовать две теплофотоэлектрические станции, состоящие из 56 модулей. Для отгонного животноводства с размером отары овец 600 голов необходимо применение установки с 14 модулями и выработкой в среднем 700 кВт-ч/год электроэнергии и 8200 кВт-ч/год тепловой энергии. Для теплоэлектроснабжения биогазовой установки с объёмом реактора 10 м³ необходимы две установки по 28 теплофотоэлектрических модулей каждая.

7. Ориентировочная стоимость солнечного теплофотоэлектрического модуля с о концентратором (0,785 м) составляет 3540 руб, а модуля без догревающего концентратора (0,28 м) — 2024 руб. Стоимость электрической и тепловой мощности с учётом стоимости системы слежения за Солнцем наименьшая у установки с одним большим концентратором у размером с раму системы слежения за Солнцем (20 м) и теплофотоэлектрическим приёмником — 116,5 руб. (3,9 $)/Вт и 10,4 руб. (0,35 $)/Вт соответственно. При использовании только фотоэлектрического приёмника, стоимость электрической мощности с учётом стоимости системы слежения за Солнцем составит 90,7 руб. (3 $)/Вт и без её учёта — 39,9 руб. (1,3 $)/Вт. Солнечная установка, состоящая из пяти теплофотоэлектрических модулей, окупится после 4-х лет использования при 50%-ом замещении теплои электроэнергии от электричества и через 8 лет при 50%-ом замещении теплои электроэнергии от дизельного топлива.

При использовании концентраторного теплофотоэлектрического солнечного модуля следует отметить такие положительные аспекты, как экономия кремния солнечного качестванаряду с электроэнергией потребитель получает и тепловую энергиюповышение выработки электроэнергии за счёт использования системы слежения за Солнцемпри промышленном изготовлении разработанных модулей с использованием матричных фотопреобразователей с.

КПД более 15% стоимость установленной электрической мощности меньше стоимости установленной мощности планарных солнечных модулей.