alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2020.11.002alternative-1983Research ArticleI.ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетикаI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar EnergyСолнечные теплофотоэлектрические модули стационарной и мобильной конструкцииSolar photovoltaic thermal modules of stationary and mobile constructionПанченкоВ. А.PanchenkoV. A.

Панченко Владимир Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры Российского университета транспорта (МИИТ), старший научный сотрудник лаборатории Федерального научного агроинжнерного центра ВИМ.ResearcherID: P-8127-2017 Scopus Author ID: 57201922860 Web of Science ResearcherID: AAE-1758-2019 РИНЦ AuthorID: 661512 (Индекс Хирша: H = 17) SPIN-код: 1626-6983

Ул. Образцова, д. 9, Москва, 127994, тел.:+7(495)681-13-40; 1-й Вешняковский проезд, 5, Москва, 109428, +7(499)171-43-49

Panchenko Vladimir Anatolevich -  PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Department of the Russian University of Transport (MIIT), Senior Researcher of the Laboratory of the Federal Scientific Agroengineering               Center                VIM. ResearcherID: P-8127-2017 Scopus Author ID: 57201922860 Web of Science ResearcherID: AAE-1758-2019 RSCI AuthorID: 661512 (Hirsch index: H = 17) SPIN-code: 1626-6983.

Obraztsova Street, 9, Moscow, 127994, tel.:+7(495)681-13-40$ 1st Veshnyakovskiy proezd, 5, Moscow, 109428, +7(499)171-43-49

tu@miit.ruРоссийский университет транспорта МИИТ; Федеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияRussian University of Transport MSUR; Federal Scientific Agroengineering Center All-Russian Scientific Research Institute of Agricultural MechanizationRussian Federation202025032021031-332033Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20212021Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1983

В статье рассмотрены оригинальные конструкции солнечных теплофотоэлектрических модулей планарной и концентраторной конструкции, предназначенные для стационарной и мобильной энергогенерации. Рассмотрено моделирование разработанных модулей в системе конечно-элементного анализа, а также представлены результаты исследований планарной теплофотоэлектрической кровельной панели и концентраторных теплофотоэлектрических модулей с параболоидным и складным параболоцилиндрическим концентратором. В качестве термодинамического преобразователя солнечной энергии предложен двигатель Стирлинга в составе теплофотоэлектрической концентраторной установки, результаты испытаний которой также представлены в статье. Разработанные теплофотоэлектрические модули планарной и концентраторной конструкции позволяют производить автономное или параллельное с существующей энергосетью энергоснабжение потребителей. Использование в конструкциях теплофотоэлектрических модулей параболических концентраторов, высоковольтных матричных фотоэлектрических преобразователей, а также двухкомпонентного полисилоксанового компаунда увеличивает общую эффективность солнечных модулей и срок их службы. Наряду с выработкой электрической и тепловой энергии кровельные панели также обеспечивают строительную и защитную функцию зданий, а использование в их основе вторичного пластика позволяет решить проблемы с его вторичным использованием и удешевляет производство. Значительный потенциал имеют теплофотоэлектрические концентраторные солнечные модули с двигателями Стирлинга, электрическая эффективность которых может быть больше электрической эффективности фотоэлектрических преобразователей, а срок службы не менее срока службы фотоэлектрических преобразователей.

The article discusses the original designs of solar photovoltaic thermal modules of planar and concentrator design, intended for stationary and mobile power generation. The modeling of the developed modules in the system of finite element analysis is considered, as well as the results of studies of a planar photovoltaic thermal roofing panel and concentrator photovoltaic thermal modules with paraboloid and folding parabolic-cylindrical concentrators. As a thermodynamic converter of solar energy, the Stirling engine is proposed as а part of the photovoltaic thermal concentrator installation, the test results of which are also presented in the article. The developed thermo-photoelectric modules of the planar and concentrator design make it possible to produce autonomous or parallel power supply to consumers. The use of parabolic concentrators, high-voltage matrix photovoltaic converters, as well as a two-component poly-siloxane compound in the designs of thermal photovoltaic modules increases the overall efficiency of solar modules and their service life. In addition to generating electrical and thermal energy, roofing panels also provide the construction and protective function of buildings, and the use of recycled plastic in their basis allows solving problems with its secondary use and reduces the cost of production. Thermal photovoltaic concentrator solar modules with Stirling motors have a significant potential, the electrical efficiency of which can be higher than the electrical efficiency of photovoltaic converters, and the service life would not be less than the service life of photovoltaic converters.

концентратор солнечного излучениякровельная панельматричные фотоэлектрические преобразователитеплофотоэлектрический модульдвигатель Стирлингасистема конечно-элементного анализаэнергоснабжениеsolar radiation concentratorroofing panelmatrix photoelectric convertersphotovoltaic thermal moduleStirling enginefinite element analysis systempower supplyИсследования проводились в рамках финансирования работ по Гранту "Молодой преподаватель МИИТа” на 2016 - 2019 г. и Советом по грантам Президента Российской Федерации в форме Стипендии Президента Российской Федерации СП-4051.2018.1 на 2018 - 2020 г. для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономикиReferencesAdomavicius, V., Kharchenko, V., Valickas, J. & Gusarov, V. RES-based microgrids for environmentally friendly energy supply in agriculture // Proceedings of 5th International Conference TAE. - 2013 - P. 51-55.Adomavicius, V., Kharchenko, V., Valickas, J. & Gusarov, V. RES-based microgrids for environmentally friendly energy supply in agriculture // Proceedings of 5th International Conference TAE. - 2013 - P. 51-55. 'ал'4Kharchenko, V., Gusarov, V. & Bolshev, V. Reliable Electricity Generation in RES-Based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. - 2019 - P.162-187.Kharchenko, V., Gusarov, V. & Bolshev, V. Reliable Electricity Generation in RES-Based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. - 2019 - P.162-187.Ibrahim, A., Othman, M.Y., Ruslan, M.H., Mat, S. & Sopian, K. Recent advances in flat plate photovolta-ic/thermal (PV/T) solar collectors // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2011- 15 - P. 352-365.Ibrahim, A., Othman, M.Y., Ruslan, M.H., Mat, S. & Sopian, K. Recent advances in flat plate photovolta-ic/thermal (PV/T) solar collectors // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2011- 15 - P. 352-365.Kharchenko, V., Nikitin, B., Tikhonov, P. & Gusarov, V. Investigation of experimental flat PV thermal module parameters in natural conditions // Proceedings of 5th International Conference TAE. - 2013 - P. 309-313.Kharchenko, V., Nikitin, B., Tikhonov, P. & Gusarov, V. Investigation of experimental flat PV thermal module parameters in natural conditions // Pro-ceedings of 5th International Conference TAE. - 2013 - P. 309313.Zharkov, S.V. Assessment and enhancement of the energy supply system efficiency with emphasis on the cogeneration and renewable as main direction for fuel saving // International Journal of Energy Optimization and Engineering. - 2014 - 3(4) . - P. 1 - 20Zharkov, S.V. Assessment and enhancement of the energy supply system efficiency with emphasis on the cogeneration and renewable as main direction for fuel saving // International Journal of Energy Optimization and Engineering. - 2014 - 3(4) . - P. 1 - 20Nesterenkov, P. & Kharchenko, V. Thermo Physical Principles of Cogeneration Technology with Concentration of Solar Radiation // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2019 -vol. 866 - P. 117-128, doi.org/10.1007/978-3-030-00979-3_12.Nesterenkov, P. & Kharchenko, V. Thermo Physical Principles of Cogeneration Technology with Concentration of Solar Radiation // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2019 -vol. 866 - P. 117-128, doi.org/10.1007/978-3-030-00979-3_12.Sevela, P. & Olesen, B.W. Development and Benefits of Using PVT Compared to PV // Sustainable Building Technologies. - 2013 - P. 90-97.Sevela, P. & Olesen, B.W. Development and Benefits of Using PVT Compared to PV // Sustainable Building Technologies. - 2013 - P. 90-97.Панченко В.А. Солнечные модули Федерального научного агроинженерного центра ВИМ различных типов и конструкций для автономного энергоснабжения // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность. - 2017 - С. 1030 - 1033Panchenko V.A. Solnechnye moduli Federal'nogo nauchnogo agroinzhenernogo tsentra VIM razlichnykh tipov i konstruktsii dlya avtonomnogo ehnergosnabzheni-ya // Ehkologicheskaya, promyshlennaya i ehnergetich-eskaya bezopasnost'. - 2017 - S. 1030 - 1033Стребков Д.С., Поляков В.И., Панченко В.А. Исследование высоковольтных солнечных кремниевых модулей // Альтернативная энергетика и экология. - 2013 - № 6-2 (128) . - С.36-42.Strebkov D.S., Polyakov V.I., Panchenko V.A. Issledovanie vysokovol'tnykh solnechnykh kremnievykh modulei // Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. -2013 - № 6-2 (128) . - S.36-42.Панченко В.А., Стребков Д.С., Поляков В.И., Арбузов Ю.Д. Высоковольтные солнечные модули с напряжением 1000 В // Альтернативная энергетика и экология. - 2015 - № 19 (183) . - С. 76 - 81Panchenko V.A., Strebkov D.S., Polyakov V.I., Arbuzov YU.D. Vysokovol'tnye solnechnye moduli s napryazheniem 1000 V // Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. - 2015 - № 19 (183) . - S. 76 – 81Buonomano, A., Calise, F. & Vicidimini, M. Design, Simulation and Experimental Investigation of a Solar System Based on PV Panels and PVT Collectors // Energies. - 2016 - 9 -P. 497Buonomano, A., Calise, F. & Vicidimini, M. Design, Simulation and Experimental Investigation of a Solar System Based on PV Panels and PVT Collectors // Energies. - 2016 - 9 -P. 497Rawat, P., Debbarma, M., Saurabh Mehrotra et al. Design, development and experimental investigation of solar photovoltaic/thermal (PV/T) water collector system // International Journal of Science, Environmental Technology. - 2014 - 3(3). - P. 1173-1183.Rawat, P., Debbarma, M., Saurabh Mehrotra et al. Design, development and experimental investigation of solar photovoltaic/thermal (PV/T) water collector system // International Journal of Science, Environmental Technology. - 2014 - 3(3). - P. 1173-1183.Chen, Y., Hsu, W., Lin, Y., & Su, C. Parametric study of a solar concentrator composed of a flat fresnel lens and a reflective secondary optical element // 30th ISES Biennial Solar World Congress. - 2011 - P. 716722.Chen, Y., Hsu, W., Lin, Y., & Su, C. Parametric study of a solar concentrator composed of a flat fresnel lens and a reflective secondary optical element // 30th ISES Biennial Solar World Congress. - 2011 - P. 716722.Kemmoku, Y., Araki, K. & Oke, S. Long-term performance estimation of a 500X concentrator photovoltaic system // 30th ISES Biennial Solar World Congress.- 2011 - P. 710-716.Kemmoku, Y., Araki, K. & Oke, S. Long-term performance estimation of a 500X concentrator photovoltaic system // 30th ISES Biennial Solar World Congress. - 2011 - P. 710-716.Синицын С.А., Стребков Д.С., Панченко В.А. Паркетирование поверхности параболического концентратора солнечного теплофотоэлектрического модуля по заданным дифференциально-геометрическим требованиям // Геометрия и графика. - 2019 - Т. 7, № 3- С. 15 - 27Sinitsyn S.A., Strebkov D.S., Panchenko V.A. Parketirovanie poverkhnosti parabolicheskogo kon-tsentratora solnechnogo teplofotoehlektricheskogo modulya po zadannym differentsial'nogeometricheskim tre-bovaniyam // Geometriya i grafika. - 2019 - T. 7, № 3S. 15 - 27Poulek V., Strebkov D.S., Persic I.S., Libra M. Towards 50 years lifetime of PV panels laminated with silicone gel technology // Solar Energy. - 2012 - 86, № 10 - P. 3103 - 3108Poulek V., Strebkov D.S., Persic I.S., Libra M. Towards 50 years lifetime of PV panels laminated with silicone gel technology // Solar Energy. - 2012 - 86, № 10 - P. 3103 - 3108Стребков Д.С., Персиц И.С., Панченко В.А. Солнечные модули с увеличенным сроком службы // Инновации в сельском хозяйстве. - 2014 - № 3(8). -С.154 - 158Strebkov D.S., Persits I.S., Panchenko V.A. Solnechnye moduli s uvelichennym srokom sluzhby // Innovatsii v sel'skom khozyaistve. - 2014 - № 3(8). - S. 154 - 158Панченко В.А. Моделирование теплофотоэлектрической кровельной панели для энергоснабжения объектов // Строительство и техногенная безопасность. - 2018 - №13 (65).- С. 143 - 158Panchenko V.A. Modelirovanie teplofotoehlek-tricheskoi krovel'noi paneli dlya ehnergosnabzheniya ob"ektov // Stroitel'stvo i tekhnogennaya bezopasnost'. -2018 - №13 (65).- S. 143 – 158Патент РФ на изобретение № 2557272 Стребков Д.С., Кирсанов А.И., Иродионов А.Е., Панченко В.А., Майоров В.А. Кровельная солнечная панель. Заявка: 2014123409/20, 09.06.2014. Опубликовано: 20.07.2015. Бюл. № 20Patent RF na izobretenie № 2557272 Strebkov D.S., Kirsanov A.I., Irodionov A.E., Panchenko V.A., Maiorov V.A. Krovel'naya solnechnaya panel'. Zayavka: 2014123409/20, 09.06.2014. Opublikovano: 20.07.2015. Byul. № 20Panchenko V. Roofing Solar Panels of Planar and Concentrator Designs // International Journal of Energy Optimization and Engineering. - 2020 - Vol. 9, I. 4, 2020 - P. 20 - 40, DOI: 10.4018/IJEOE.2020100102.Panchenko V. Roofing Solar Panels of Planar and Concentrator Designs // International Journal of Energy Optimization and Engineering. - 2020 - Vol. 9, I. 4, 2020 - P. 20 - 40, DOI: 10.4018/IJEOE.2020100102.Патент РФ на изобретение № 2612725 Стребков Д.С., Кирсанов А.И., Панченко В.А. Гибридная кровельная солнечная панель. Заявка: 2016111201, 28.03.2016. Опубликовано:13.03.2017. Бюл. № 8Patent RF na izobretenie № 2612725 Strebkov D.S., Kirsanov A.I., Panchenko V.A. Gibridnaya krovel'naya solnechnaya panel'. Zayavka: 2016111201, 28.03.2016. Opublikovano:13.03.2017. Byul. № 8Гусаров В.А., Харченко В.В., Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечная электростанция для параллельной работы // Альтернативная энергетика и экология. - 2013 - № 2 (119). - С.37-43.Gusarov V.A., Kharchenko V.V., Maiorov V.A., Panchenko V.A. Solnechnaya ehlektrostantsiya dlya paral-lel'noi raboty // Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. - 2013 - № 2 (119). - S.37-43.Стребков Д.С., Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечный тепло-фотоэлектрический модуль с па-раболоторическим концентратором // Альтернативная энергетика и экология. - 2013 - № 1-2 (118). - С.35-39.Strebkov D.S., Maiorov V.A., Panchenko V.A. Solnechnyi teplo-fotoehlektricheskii modul' s parabolotoricheskim kontsentratorom // Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. - 2013 - № 1-2 (118). -S.35-39.Kharchenko V., Panchenko V., Tikhonov P., Vasant P. Cogenerative PV Thermal Modules of Different Design for Autonomous Heat and Electricity Supply // Handbook of Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development. - 2018 -P. 86 -119, DOI: 10.4018/978-1-5225-3867-7.ch004.Kharchenko V., Panchenko V., Tikhonov P., Vasant P. Cogenerative PV Thermal Modules of Different Design for Autonomous Heat and Electricity Supply // Handbook of Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development. - 2018 -P. 86 -119, DOI: 10.4018/978-1-5225-3867-7.ch004.Майоров В.А., Панченко В.А. Исследование характеристик солнечного концентратора в установке с двигателем Стирлинга // Энергетик. - 2013 - № 2 -С. 40-42.Maiorov V.A., Panchenko V.A. Issledovanie kha-rakteristik solnechnogo kontsentratora v ustanovke s dvigatelem Stirlinga // Ehnergetik. - 2013 - № 2 - S. 4042.Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечная установка с параболоторическим концентратором и двигателем Стирлинга // Техника в сельском хозяйстве. -2013 - № 1 - С.14-16.Maiorov V.A., Panchenko V.A. Solnechnaya ustanovka s parabolotoricheskim kontsentratorom i dvigatelem Stirlinga // Tekhnika v sel'skom khozyaistve. -2013 - № 1 - S.14-16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.