ПЕРВИЧНАЯ АПРОБАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДВУХКООРДИНАТНОГО СОЛНЕЧНОГО ТРЕКЕРА В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ КАК ПЕРСПЕКТИВА СОЗДАНИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА

Одной из причин высокой себестоимости электрической энергии, вырабатываемой стационарными солнечными электростанциями, является низкий коэффициент полезного действия фотоэлектрических преобразователей. Использование высокоточных систем непрерывного слежения за солнцем позволит решить данную проблему. Приведено подробное описание разработанной модернизированной структуры автономной фотоэлектрической установки со статично и динамично расположенными модулями солнечных батарей и физической модели автоматизированного двухкоординатного солнечного трекера. Представленная разработка повышает энергоэффективность использования солнечных батарей за счет точного наведения динамично расположенных солнечных модулей на солнце по двум координатам (азимуту и углу склонения) в течение дня. Кроме того, указана другая особенность данной гелиоустановки, заключающаяся в том, что статично и динамично расположенные фотоэлектрические модули комплектуются двумя типами солнечных батарей – монокристаллическими и поликристаллическими, что приводит к дополнительному выигрышу в выработке электрической мощности независимо от облачности. Отмечены реализованные способы повышения надежности работы автономной солнечной электростанции. Также рассмотрены существующие системы слежения за солнцем как в Российской Федерации (Оренбургская, Томская, Челябинская области), так и за рубежом (Соединенные Штаты Америки, Индия, Иран, Турция, Тайвань) и обоснована необходимость внедрения фотоэлектрических установок с солнечными трекерами. Авторами статьи успешно проведены первичные испытания разработанной автономной солнечной электростанции, суть которых заключалась в экспериментальном сравнении выработки электроэнергии с помощью статично и динамично расположенных модулей солнечных батарей. Результаты проведенных опытов показали, что применение солнечного модуля с высокоточной системой слежения по двум осям, по сравнению со статично расположенным модулем, позволяет увеличить коэффициент полезного действия фотоэлектрической установки на 50 %. Таким образом, экспериментально доказана эффективность применения автоматизированных следящих систем. Работа может быть полезна при проектировании энергоэффективных фотоэлектрических установок с системами непрерывного слежения за солнцем.

1. Аржанов, К.В. Автоматизированная система непрерывно-дискретного слежения за Солнцем автономных фотоэлектрических энергоустановок с использованием шаговых двигателей: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.06 / Аржанов Кирилл Владимирович; [Место защиты: Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники (ТУСУР) РАН]. – Томск, 2016. – 178 с.

2. Аржанов, К.В. Двухкоординатная система наведения солнечных батарей на Солнце [Текст] / К.В. Аржанов // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 324. – № 4. – С. 139–146.

3. Аржанов, К.В. Фотоэлектрическая энергетическая установка с наведением на Солнце [Текст] / К.В. Аржанов // Энергетика России В XXI веке. Инновационное развитие и управление. – 2015. – С. 579–581.

4. Петрусёв, А.С. Солнечная энергетика для энергоснабжения удалённых районов [Текст] / А. С. Петрусёв; науч. рук. Б. В. Лукутин // Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее : сборник научных трудов IV Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, г. Томск. 5-10 октября 2015 г.: в 3 т. – Томск : Изд-во ТПУ, 2015. – Т. 1. – С. 155–158.

5. Петрусёв, А.С. Повышение эффективности солнечных батарей с помощью одноосного трекера и акрилового концентратора [Текст] / Петрусёв А.С. // Современные техника и технологии. Cборник докладов XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – 2014. – С. 37–38.

6. Юрченко, А. В. Система слежения за Солнцем для солнечной энергоустановки [Текст] / А.В. Юрченко [и др.] // Ресурсоэффективные технологии для будущих поколений, 2010. – С. 210–221.

7. Kitaeva, M. Efficiency of PV systems with solar trackers for Russian regions [Текст] / M. Kitaeva, A.Yurchenko // Proceedings – 2012 7th International Forum on Strategic Technology (IFOST) 2012. – 2012.

8. Шиняков, Ю.А. Автономная энергетическая установка с экстремальным шаговым регулятором мощности солнечных батарей [Текст] / Ю.А. Шиняков [и др.] // Международный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 8–9. – С. 12–18.

9. Саврасов, Ф.В. Энергоэффективные системы электроснабжения с фотоэлектростанциями: автореф. дис. на соиск. учен. канд. техн. наук (05.09.03) / Саврасов Федор Витальевич; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск, 2013. – 21 с.

10. Рахматулин, И.Р. Разработка комплексной энергоэффективной солнечной опреснительной установки с системой слежения за Солнцем: автореф. дис. на соиск. учен. канд. техн. наук (05.09.03) / Рахматулин Ильдар Рафикович; Южно-Уральский государственный университет. – Челябинск, 2015. – 19 с.

11. Рахматулин, И.Р. Система ориентации солнечных коллекторов [Текст] / И.Р. Рахматулин // Электротехнические системы и комплексы. – 2012. – № 20. – С. 247–255.

12. Рахматулин, И.Р. Математическая модель солнечной опреснительной установки с устройством слежения за солнцем [Текст] / И.Р. Рахматулин // Вестник ЮУрГУ. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника – 2014. – № 1. – С. 110–115.

13. ГОСТ Р 57229-2016 (МЭК 62817:2014). Системы фотоэлектрические. Устройства слежения за Солнцем. Технические условия. – Введ. 2017-09-01. – М.: Стандартинформ, 2017. – 67 с.

14. Lee, K. Origami Solar-Tracking Concentrator Array for Planar Photovoltaics [Text] / K. Lee [et al.] // ACS Photonics – 2016. – Vol. 3. – No 11. – P. 2134– 2140.

15. Saranya Nair, M. A solar tracker assisted automatic irrigation system for agricultural fields [Text] / M. Saranya Nair, Karan Bhatia // International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET) – 2017. – Vol. 8. – No 10. – P. 279–287.

16. Azizi, K. Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing [Text] / K. Azizi, A. Ghaffari // International Journal of Photoenergy – 2013. – Vol. 2013. – Article ID 754549. – 7 p.

17. Gerek, Ö.N. Efficiency analysis of the solar tracking PV systems in Eskişehir region [Text] / Ö.N. Gerek, Ü.B. Filik // Anadolu university journal of science and technology a // Applied Sciences and Engineering – 2017. – Vol. 18. – No 1. – P. 209–217.

18. Ozcelik, S. Two-axis solar tracker analysis and control for maximum power generation [Text] / S. Ozcelik, H. Prakash, R. Challoo // Procedia Computer Science – 2011. – Vol. 6 – P. 457–462.

19. Abid, A.J. Arduino based blind solar tracking controller [Text] / A.J. Abid // International Journal of Open Information Technologies – 2017. – Vol. 5. – No. 10. – P. 24–29.

20. Kassem, A. A microcontroller-Based Multi-Function Solar Tracking System [Text] / A. Kassem, M. Hammad // 2011 IEEE International Systems Conference. – 2011. – P. 13–16.

21. Mousazadeh, H. A review of principle and sun-tracking methods for maximizing solar systems output [Text] / H. Mousazadeh [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews – 2009. – P. 1800–1818.

22. Wang, J.-M. Design and Implementation of a Sun Tracker with a Dual-Axis Single Motor for an Optical Sensor-Based Photovoltaic System [Text] / J.-M. Wang, C.-L. Lu // Sensors – 2013. – Vol. 13. – Iss. 3 – P. 3157– 3168.

23. Magibalan S. Fabrication of dual axis solar tracking system [Text] / S. Magibalan [et al.] // International Journal of Emerging Technologies and Innovative Research – 2018. – Vol. 5. – Iss. 3. – P. 1109–1113.

24. Митрофанов, С.В. Методика расчета мощности автономной солнечной электростанции для нужд освещения лаборатории энергосбережения и энергоэффективности [Текст] / С.В. Митрофанов, А.Ю. Немальцев // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет – 2017. – С. 333–337.

25. Немальцев, А.Ю. Описание и принцип работы автоматизированого двухкоординатного солнечного трекера [Текст] / А.Ю. Немальцев, С.В. Митрофанов // Энергетика: состояние, проблемы, перспективы: Труды VIII Всероссийской научно-технической конференции. – 2016. – С. 12–14.

26. Митрофанов, С.В. Разработка системы управления солнечным трекером на основе микро-контроллера Arduino [Текст] / С.В. Митрофанов, А.В. Потехенченко, А.Ю. Немальцев // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет. – 2017. – С. 470–473.

27. Митрофанов, С.В. Использование микроконтроллеров в системе управления солнечным трекером [Текст] / С.В. Митрофанов, А.В. Потехенченко, А.Ю. Немальцев // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры : материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет. – 2017. – С. 345–347.

28. Митрофанов, С.В. Переносная солнечная электростанция с автономной системой слежения за солнцем [Текст] / С.В. Митрофанов, А.Ю. Немальцев // Энергетика: состояние, проблемы, перспективы: Труды VII Всероссийской научно-технической конференции. Материалы сборника опубликованы в авторской редакции. – 2014. – С. 40–44.

29. Митрофанов С.В. Система безопасности солнечной электростанции от порывов ветра [Текст] / С.В. Митрофанов, А.В. Потехенченко // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет. – 2017. – С. 466–469.

30. Митрофанов С.В. Потехенченко А.В. Метод защиты солнечной электростанции от накопления снега и льда [Текст] / С.В. Митрофанов, А.В. Потехенченко // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры материалы Всероссийской научно-методической конференции. Оренбургский государственный университет. – 2017. – С. 462–465.