Зменшення масогабаритних характеристик енергетичних електричних станцій є важливою якістю застосування комбінованих гібридних сонячно-вітрових установок на морських платформах, плаваючих баржах, маяках, берегових та інших портових об'єктах, які мають обмежені робочі площі і віддалених від ліній електропередач. Метою даного дослідження є визначення ефективності роботи фотоелектричних елементів за рахунок застосування плоских концентраторів, вибору раціональної конструкції і взаємного розташування адаптирующей і відбиває при оптимальній площі проникнення сонячних променів. Дана мета досягається вирішенням наступних завдань: - створенням максимального освітлення фотоелемента енергією сонячної радіації, визначення максимальної концентрації сонячного випромінювання; - визначенням раціонального взаємного розташування фотомодулів в плоских дзеркалах, а також оптимальних кутів розкриття дзеркал. Аналітичні дослідження показують, що при однаковій компактності відомих пристроїв і досліджуваних енергетична ефективність останніх зростає на 40%, а номінальна вартість знижується на 25%.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - М. Ф. Руденко, А. М. Руденко, В. А. Власов


ANALYTICAL RESEARCHES OF SOLAR POWER PLANAR CONCENTRATOR FOR OFFSHORE PLATFORMS AND BEACH INSTALLATIONS

Reduction of the overall characteristics of power plant stations is an important quality of applying combined hybrid solar-wind plants on offshore platforms, floating barges, lighthouses, beach and other port objects, which have limited workspace and remote from transmission lines. The purpose of this research is to determine the efficiency of photovoltaic cells by applicating planar concentrators, regular-style design and relative position of the adaptive and reflecting surfaces with optimal area of ​​sunrays penetration. This goal is achieved by the following tasks solving: - maximum photocell illumination by solar radiation, determination of maximum solar beamforming; - determination of rational relative position of photomodules in flat mirrors and optimal angles of mirrors opening. The analytical researches shows that with the same compactness of well-known and researched devices power efficiency of the latter is increased by 40% and the nominal value is reduced by 25%.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал
    Технічна експлуатація водного транспорту: проблеми і шляхи розвитку
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛОСКОГО концентраторів сонячної ЕНЕРГІЇ для морських ПЛАТФОРМ І БЕРЕГОВИХ СПОРУД'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛОСКОГО концентраторів сонячної ЕНЕРГІЇ для морських ПЛАТФОРМ І БЕРЕГОВИХ СПОРУД»

    ?УДК 621.311.26: 620.91: 621.472

    М.Ф. Руденко, А.М. Руденко, В.А. Власов

    Астраханський державний технічний університет, Астрахань, 414056 e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    АНАЛІТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛОСКОГО концентраторів сонячної ЕНЕРГІЇ для морських ПЛАТФОРМ І БЕРЕГОВИХ СПОРУД

    Зменшення масогабаритних характеристик енергетичних електричних станцій є важливою якістю застосування комбінованих гібридних сонячно-вітрових установок на морських платформах, плаваючих баржах, маяках, берегових та інших портових об'єктах, які мають обмежені робочі площі і віддалених від ліній електропередач.

    Метою даного дослідження є визначення ефективності роботи фотоелектричних елементів за рахунок застосування плоских концентраторів, вибору раціональної конструкції і взаємного розташування адаптирующей і відбиває при оптимальній площі проникнення сонячних променів. Дана мета досягається вирішенням наступних завдань:

    - створенням максимального освітлення фотоелемента енергією сонячної радіації, визначення максимальної концентрації сонячного випромінювання;

    - визначенням раціонального взаємного розташування фотомодулів в плоских дзеркалах, а також оптимальних кутів розкриття дзеркал.

    Аналітичні дослідження показують, що при однаковій компактності відомих пристроїв і досліджуваних енергетична ефективність останніх зростає на 40%, а номінальна вартість знижується на 25%.

    Ключові слова: ефективність, компактність, концентратори, фотомодулі, сонячні батареї.

    M.F. Rudenko, A.M. Rudenko, V.A. Vlasow

    Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 414056 e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    ANALYTICAL RESEARCHES OF SOLAR POWER PLANAR CONCENTRATOR FOR OFFSHORE PLATFORMS AND BEACH INSTALLATIONS

    Reduction of the overall characteristics of power plant stations is an important quality of applying combined hybrid solar-wind plants on offshore platforms, floating barges, lighthouses, beach and other port objects, which have limited workspace and remote from transmission lines.

    The purpose of this research is to determine the efficiency of photovoltaic cells by applicating planar concentrators, regular-style design and relative position of the adaptive and reflecting surfaces with optimal area of ​​sun-rays penetration. This goal is achieved by the following tasks solving:

    - maximum photocell illumination by solar radiation, determination of maximum solar beamforming;

    - determination of rational relative position of photomodules in flat mirrors and optimal angles of mirrors opening.

    The analytical researches shows that with the same compactness of well-known and researched devices power efficiency of the latter is increased by 40% and the nominal value is reduced by 25%.

    Key words: efficiency, compactness, concentrators, photomodules, solar batteries.

    Це дослідження представляє з себе розробку і визначення ефективності роботи комбінованих фотоелектричних елементів сонячних батарей для отримання електричної та теплової енергії за рахунок застосування плоских дзеркальних концентраторів, вибору раціональної конструкції і взаємного розташування адаптирующей і відбиває при максимальній освітленості та оптимальної площі проникнення сонячних променів на адаптують поверхні . Висока компактність сонячних батарей, на основі досліджуваних схемних конструктивних рішень, дозволить значно знизити масогабаритні характеристики електричних станцій. Це особливо важливо для застосування комбінованих гинув-

    Рідний сонячно-вітрових електричних станцій на морських бурових платформах, маяках, берегових та інших об'єктах, які мають обмежені робочі площі і віддалених від ліній електропередач в регіонах з великою кількістю сонячних днів і частими сильними потоками вітрової енергії.

    Рішення даної проблеми досягається наступним: аналітичним розрахунком максимальному ступені освітлення фотоелементів енергією сонячної радіації на основі визначення коефіцієнта концентрації сонячного випромінювання на адаптуються поверхню; аналітичним розрахунком геометричних параметрів для раціонального взаємного розташування фотомодулів в плоских дзеркалах і оптимальних кутів розкриття дзеркал; визначенням потоків теплової сонячної радіації на конфігурацію фотомодулів.

    Розглянуто конструкції адаптує пристрої (плоских фотомодулів), що має форму правильного трикутника і розташованого в центрі кількох плоских дзеркальних поверхонь, встановлених під певними фіктивними кутами. Основні параметри пристрою пов'язані аналітично з геометричними параметрами дзеркал через довжину і кут їх розкриття (рис. 1). Для простоти дослідження площі поверхонь замінялися відповідними профілями проекцій конструкції на одиницю довжини. Геометричні розміри фотоелектричного пристрою пов'язані аналітично через типовий розмір ширини фотомодуля а й фіктивний кут розкриття дзеркал 8 наступними залежностями

    Мал. 1. Модель для визначення

    оптико-економічного коефіцієнта концентрації на адаптуються пристрій трикутної форми при Ш = 3а і 0 = 60 °

    Н = (А01 + А02 + а) • 0080;

    , . 0

    п = 2а • 008-;

    2

    А "

    2а ^ 1п (60 -0)

    81П (90 + 0) • 008

    (1) (2) (3)

    А01 =

    4а • 8ш 0- (А01 + А02) • 8т (180 - - 0)

    0 008 - 2

    а • 8т 0

    А ° 2 =. 0;

    (4)

    (5)

    81П

    2

    А = А01 + А02 + А01;

    (6)

    де А - ширина одного дзеркала;

    Н - висота концентрує пристрої; П - фіктивна висота.

    Досліджувалася опромінюють здатність адаптує пристрої трикутної форми прямої і відбитої енергією сонячної радіації при зміні входять до концентратор потоків по параметру W [1, 2].

    Проведення аналітичного дослідження грунтувалося на наступних гіпотезах [5]: приймалися рівними кут падіння і кут відбиття сонячних променів на плоскі дзеркальні поверхні; падіння сонячних променів було строго паралельним симетрії конструкції моделі концентратора; енергія сонячної радіації повністю поглинається адаптирующей поверхнею і відбивається від дзеркальних поверхонь.

    Оптико-економічний коефіцієнт концентрації визначався за виразом:

    С =

    ОЕ

    п • а

    (7)

    де п = 3 - кількість адаптують елементів, що опромінюються енергією сонячної радіації.

    Розглядалися різні параметри величини W (Ж1 = 2а, Ж2 = 3а, Ж3 = 4а при кутах © відповідно 30 °, 45 °, 60 °, 90 °). На рис. 1 зображена розрахункова модель при Ж = 3а і © = 60 °.

    На рис. 2 зображені три залежності зміни оптико-економічного концентратора дослідженого пристрою при різних кутах розкриття відображають дзеркал і різних параметрах Ж (входить енергії сонячної радіації). Залежності мають екстремальні значення в межах кутів розкриття дзеркал рівних 40-50 °, максимальні значення при Ж = 4а, Сое = 5,78 [3].

    Мал. 2. Аналітичні залежності оптико-економічного коефіцієнта концентратора сонячної енергії від кутів розкриття дзеркал при різних параматрах Ж

    Отримані розрахункові точки оптико-економічних коефіцієнтів можна описати залежностями через Політропний вираження:

    для Ж = 2а: для Ж = 3а: для Ж = 4а:

    ШОЕ = 7 Е-0,5- © 3 -0,013- © 2 + 0,776- © -11,2; ШОЕ = 6Е-0,5- © 3 -0,011- © 2 + 0,748 • © -9,9; ШОЕ = 1Е-0,5- © 3 -0,003- © 2 + 0,238 • © +0,4.

    (8)

    (9)

    (10)

    Розроблено програми для розрахунку та аналізу оптико-економічних характеристик концентраторів при плавній зміні вихідних параметрів, що задаються.

    Проведені аналітичні дослідження оптико-економічних коефіцієнтів в залежності від кутів розкриття дзеркал і параметра Ж при різних кутах нахилу сонця від осі симетрії концентрує пристрою не дали суттєвого результату.

    На підставі проведеного аналітичного дослідження інтерес представляє конструкція адаптує пристрої трикутної форми з параметрами Ж = 4а, кутом розкриття дзеркал © = (35 ^ 60 °) при перпендикулярному освітленні конструкції сонцем. При цьому при однаковій компактності відомих пристроїв і досліджуваних енергетична ефективність останніх зростає на 40%, а номінальна вартість знижується на 25%. Для суворого витримування досліджуваних параметрів таких сонячних систем в конструкціях необхідно передбачити стежать за сонячним потоком системи.

    а

    література

    1. Руденко М. Ф. Ефективність геліопріемних пристроїв з концентраторами для систем тепло- і холодопостачання. - Саратов: ЛНЕ ОЕП СНЦ РАН, 2001. - 63 с.

    2. Руденко М.Ф., Туркпенбаева Б.Ж., Чівіленко Ю.В. Теоретичні основи проектування екологічно безпечної геліоенергетичні техніки для виробництва теплоти. - Актау: Изд-во АКТГ ім. Ш. Есенова, 2008. - 165 с.

    3. Руденко М.Ф., Давиденко О.І. Фотоконцентратори для морських і берегових енергетичних комплексів // Вісник АГТУ. Серія: Морська техніка і технологія. - 2017. - № 1 (лютий). - С. 89-96.


    Ключові слова: ефективність / компактність / концентратори / фотомодулі / сонячні батареї. / efficiency / compactness / concentrators / photomodules / solar batteries.

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити