Солнечные теплофотоэлектрические модули стационарной и мобильной конструкции

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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 - 20

6. 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.

7. Sevela, P. & Olesen, B.W. Development and Benefits of Using PVT Compared to PV // Sustainable Building Technologies. - 2013 - P. 90-97.

8. 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 - 1033

9. Стребков Д.С., Поляков В.И., Панченко В.А. Исследование высоковольтных солнечных кремниевых модулей // Альтернативная энергетика и экология. - 2013 - № 6-2 (128) . - С.36-42.

10. 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 - 81

11. Buonomano, 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. 497

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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 - 27

16. Poulek 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 - 3108

17. Стребков Д.С., Персиц И.С., Панченко В.А. Солнечные модули с увеличенным сроком службы // Инновации в сельском хозяйстве. - 2014 - № 3(8). -С.154 - 158

18. Панченко В.А. Моделирование теплофотоэлектрической кровельной панели для энергоснабжения объектов // Строительство и техногенная безопасность. - 2018 - №13 (65).- С. 143 - 158

19. Патент 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. № 20

20. 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.

21. 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. № 8

22. Гусаров 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.

23. 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.

24. 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.

25. Майоров В.А., Панченко В.А. Исследование характеристик солнечного концентратора в установке с двигателем Стирлинга // Энергетик. - 2013 - № 2 -С. 40-42.

26. Майоров В.А., Панченко В.А. Солнечная установка с параболоторическим концентратором и двигателем Стирлинга // Техника в сельском хозяйстве. -2013 - № 1 - С.14-16.