Ключові слова
сегмент
освітлення
фокус
конструкція
Як цитувати
Анотація
Суттєве зростання потужності завдяки використанню концентраторів сонячного випромінювання підтверджує доцільність використання концентрованого випромінювання, а розробку концентраторів робить окремою задачею оптичної фізики. Особливої уваги заслуговують концентратори для отримання високого ступеню концентрації випромінювання, їх розробка потребує цілої низки інноваційних технічних рішень. В роботі проведені комплексні дослідження з оптимізації концентраторів сонячного випромінювання для використання у складі висококонцентраційних фотоенергетичних систем шляхом дослідження оптичних властивостей та особливостей деградації фацетного, вакуумного та сегментного концентраторів. За результатами натурної апробації експериментального зразка фацетного концентратора було виявлено, що процедура налаштування концентратору пов’язана із індивідуальним коректуванням положення кожного із 400 дзеркал, що є вкрай складно. А внаслідок недостатньої жорсткості конструкції концентратор потребує корекції в налаштуваннях після операцій по переміщенню чи збиранню-розбиранню експериментального зразка концентратора. Оскільки концентратор потребує регулярного очищення внаслідок природнього забруднення від пилу, дощу та інших природніх факторів дана операція пов’язана із механічним впливом на дзеркала, що призводить до порушення їх налаштувань. За результатами апробації концентратору вакуумного типу було встановлено, що такі концентратори є дуже чутливими до якості виготовлення основи оскільки внаслідок особливостей конструкції практично не піддаються налаштуванню після виготовлення також вони мали занадто великий розмір фокальної плями яка перевищує розмір теплоприймача. За результатами натурної апробації встановлено, що перспективним для використання у складі фотоенергетичних систем є конструкція концентратору сегментного типу, що являє собою круговий масив сегментів виготовлених з дзеркального матеріалу, інтегральний коефіцієнт відбиття якого сягає 95% та виготовлено експериментальний зразок площею 3,6 м2, що дозволяє отримати фокусну пляму діаметром 120 мм з трапецієвидним розподілом освітленості із коефіцієнтом концентрації випромінювання на рівні 360 од.
Посилання
U. I. Kohut, S. B. Romanyshyn, and S. S. Sadovnyk, “Alternative energy in Ukraine: State, financial and institutional support and development prospects,” Scientific Bulletin of UNFU, vol. 27, no. 2, pp. 11–16, Feb. 2017, doi: https://doi.org/10.15421/40270201. (in Ukrainian)
S. O. Kudria, “State and perspectives of renewable energy development in Ukraine,” Visnik Nacional'noi' akademii' nauk Ukrai'ni, no. 12, pp. 19–26, Dec. 2015, doi: https://doi.org/10.15407/visn2015.12.100. (in Ukrainian)
C. Renno, “Optimization of a concentrating photovoltaic thermal (CPV/T) system used for a domestic application,” Applied Thermal Engineering, vol. 67, no. 1–2, pp. 396–408, Jun. 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.03.026.
J. Mroczka and K. Plachta, “Modelling and simulation of Λ-ridge concentrator system using commercial,” Renewable Energy and Power Quality Journal, pp. 145–149, 2014, doi: https://doi.org/10.24084/repqj12.265.
R. V. Zaitsev, M. V. Kyrychenko, E. I. Sokol, G. S. Khrypunov, and D. S. Prokopenko, “Improving efficiency photovoltaic station based on hybrid photoenergy modules,” Electrical Engineering & Electromechanics. Special Issue “Power Electronics and Energy Efficiency”, no. 4(1), pp. 25–30, 2016. (in Ukrainian)
M. V. Kyrychenko, R. V. Zaitsev, E. I. Sokol, G. S. Khrypunov, and D. S. Prokopenko, “Conception of hybrid photoenergy module for the high-efficiency photovoltaic energy station,” Electrical Engineering & Electromechanics. Special Issue “Power Electronics and Energy Efficiency”, no. 4(1), pp. 37–42, 2016. (in Ukrainian)
A. Ramos, M. A. Chatzopoulou, I. Guarracino, J. Freeman, and C. N. Markides, “Hybrid photovoltaic-thermal solar systems for combined heating, cooling and power provision in the urban environment,” Energy Conversion and Management, vol. 150, pp. 838–850, Oct. 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.03.024.
M. Herrando and C. N. Markides, “Hybrid PV and solar-thermal systems for domestic heat and power provision in the UK: Techno-economic considerations,” Applied Energy, vol. 161, pp. 512–532, Jan. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.09.025.
B. L. Sater and N. D. Sater, “High voltage silicon VMJ solar cells for up to 1000 suns intensities,” Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE Photovoltaic Specialists Conference 2002, New Orleans, LA, USA, May 19–24, 2002, pp. 1019–1022, doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2002.1190778.
E. I. Sokol, V. R. Kopach, R. V. Zaitsev, M. V. Kirichenko, A. V. Meriuts, and G. S. Khrypunov, “Fizikotekhnicheskiye osobennosti i predel'nyye prakticheskiye vozmozhnosti fotoenergeticheskogo modulya novogo pokoleniya na territorii Ukrainy” [Physicotechnical features and ultimate practical capabilities of a new generation photovoltaic module in Ukraine], Vidnovluvana Energetika, no. 2(25), pp. 18–28, 2011. (in Russian)
V. M. Lipinskyi, V. A. Diachuk, and V. M. Babichenko, Eds., Klimat Ukrainy [Clinate of Ukraine]. Kyiv: Vydavnytstvo Raievskoho, 2003.
F. Khan, S. N. Singh, and M. Husain, “Effect of illumination intensity on cell parameters of a silicon solar cell,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 94, no. 9, pp. 1473–1476, Sep. 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.03.018.
H. Savin, P. Repo, G. von Gastrow et al., “Black silicon solar cells with interdigitated back-contacts achieve 22.1% efficiency,” Nature Nanotechnology, vol. 10, no. 7, pp. 624–628, May. 2015, doi: https://doi.org/10.1038/nnano.2015.89.
K. Lee, J. Lee, B. A. Mazor, and S. R. Forrest, “Transforming the cost of solar-to-electrical energy conversion: Integrating thin-film GaAs solar cells with non-tracking mini-concentrators,” Light: Science & Applications, vol. 4, no. 5, May. 2015, Art. no. e288, doi: https://doi.org/10.1038/lsa.2015.61.
F. Dimroth, M. Grave, P. Beutel et al., “Wafer bonded four-junction GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs concentrator solar cells with 44.7% efficiency,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 22, no. 3, pp. 277–282, Jan. 2014, doi: https://doi.org/10.1002/pip.2475.
R. Pozner, G. Segev, R. Sarfaty, A. Kribus, and Y. Rosenwaks, “Vertical junction Si cells for concentrating photovoltaics,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 20, no. 2, pp. 197–208, May. 2011, doi: https://doi.org/10.1002/pip.1118.
A. Braun, A. Vossier, E. A. Katz, N. J. Ekins-Daukes, and J. M. Gordon, “Multiple-bandgap vertical-junction architectures for ultra-efficient concentrator solar cells,” Energy & Environmental Science, vol. 5, no. 9, p. 8523, 2012, doi: https://doi.org/10.1039/c2ee22167e.
M. V. Kirichenko, R. V. Zaitsev, and G. S. Khrypunov, “Stand alone thermo-photovoltaic power plant with solar radiation concentrator,” IV International Scientific and Practical Conference “Semiconductor Materials, Information Technologies and Photovoltaics”, Kremenchuk, Ukraine, Ukraine, May 26–28, 2016. Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 2016, pp. 83–85.
V. M. Andreev, V. A. Grilikhes, and V. D. Rumyantev, Photovoltaic conversion of concentrated sunlight. Chichester: John Wiley, 1997.
J. L. Gray, “The physics of the solar cell,” in Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 2011, pp. 82–129.
N. Y. Davidyuk, E. A. Ionova, D. A. Malevskij, V. D. Rumyancev, and N. A. Sadchikov, “Issledovanie vliyaniya vtorichnyh linzovyh koncentratorov na vyhodnye parametry solnechnyh modulej s fotoelektricheskimi preobrazovatelyami kaskadnogo tipa [Investigation of the effect of secondary lens hubs on the output parameters of cascade-type photovoltaic converter solar modules],” Technical Physics, vol. 80, no. 7, pp. 90–95, 2010. (in Russian)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2022 Михайло Валерійович Кіріченко, Віктор Олексійович Нікітін, Роман Валентинович Зайцев, Геннадій Семенович Хрипунов, Андрій Володимирович Меріуц, Дмитро Сергійович Шкода