CC BY
4
Исследование функционирования солнечных батарей в летний период с учетом климатических особенностей
Боякинов Евгений Федорович, Боякинов Александр Федорович
Исследование функционирования солнечных батарей в летний период с учетом климатических особенностей (Проект МИШ 2022)
Study of Functioning of Solar Panels in Summer, Taking into Account Climatic Conditions (IRS Project 2022)
Аннотация. Представлен краткий отчет по проекту, реализованному в гибридном формате в рамках 14-й Международной исследовательской школы (МИШ), прошедшей в Республике Саха (Якутия) на базе Малой академии наук в рамках II Международных исследовательских игр (МИИ). Данный проект был ориентирован на ребят, увлеченных физикой, альтернативной энергетикой и электроникой.
Ключевые слова: экспресс-проекты, Международная исследовательская школа, Якутия, физика, альтернативная энергетика, электроника
Abstract. A brief report on the project, released in the mixed format within the framework of the 14th International Research School (IRS), held in the Sakha Republic (Yakutia) on the basis of the Minor Academy of Sciences within the framework of the 2nd International Research Games (IRG), is given. The following project was aimed at the young people engrossed in physics, alternative energy and electronics.
Keywords: express-projects, International Research School, Yakutia, physics, alternative energy, electronics
Участники: Боран Думан (г. Измир, Турция,), Степан Захаров (Краснодарский край, Россия), Фомин Иван (Якутия, Россия), Валерий Максимов (Якутия, Россия), Максим Захаров (Якутия, Россия), Арсений Колесов (Якутия, Россия)
Боякинов
Евгений Федорович,
Преподаватель Малой академии наук, ассистент Физико-
технического института СВФУ им М. К. Аммосо-ва, г. Якутск (Россия) e-mail:
Боякинов
Александр Федорович,
магистрант Физико-технического института СВФУ им М. К. Аммосо-ва, г. Якутск (Россия) e-mail:
Международная исследовательская школа
Evgeniy
Boyakinov,
Teacher at the Junior Science Academy, Assistant of M. K. Ammosov Physicotechnical Institute, Yakutsk (Russia)
Alexander
Boyakinov,
Master's degree of M. K. Ammosov Physicotechnical Institute, Yakutsk (Russia)
Проекты 14-й Международной исследовательской школы в Якутии и их результаты
О проекте
Исследовательский проект направлен на изучение особенностей эксплуатации солнечных панелей в резко-континентальных климатических условиях. Нашей целью было наблюдение работы солнечных батарей в условиях Якутии с учетом уровня загрязненности воздуха.
В целом проект состоял из трех этапов:
1) сбор данных и измерения;
2) создание малой солнечной электростанции на 100 Вт;
3) сборка солнечной панели из ячеек поликристаллического кремния размерами 157*157 мм2.
Задачи проекта:
1) Собрать данные о климате Якутии (п. Октемцы), используя программное обеспечение Windy.com. Определить климатические параметры местности в летний период.
2) Изучить и сравнить спектры излучения солнца в видимой области.
3) Провести измерения вольтамперных характеристик с разными нагрузочными сопротивлениями и сравнить их с результатами работ других авторов.
4) Собрать и оценить полную стоимость (плюс окупаемость) портативной солнечной электростанции (до 100 Вт).
5) Собрать солнечную панель из кремниевых поликристаллических 9 элементов размерами 157*157 мм2.
6) Оценить перспективы использования солнечных панелей в Якутии. Выявить значение изменения работы батареи от пожарного дыма.
Измерения проводились со 2 по 6 июля. Время измерений было с 10 утра до 6 вечера. В редких случаях некоторые измерения проводились в 7 и 9 часов вечера. В отличие от предыдущих двух лет в этом году лето было без пожаров. Все дни, в которые проводились измерения стояли жаркие солнечные и малооблачные дни (пик температуры воздуха за день варьировался от 28 до 32 градусов Цельсия. Видимость в диапазоне от 38 до 29 км, интенсивность пожара = 0,08 %, давление = 993 ГПа, накопление SO2 = 0,697 мг/м2, поверхностный озон = 62,2 мкг/м3, температура панели = 50,1°С, выбросы микрочастиц, размерами до 2.5 микрометров (pm 2.5) по средним результатам Windy составили 5.5 мкг/м3, когда датчик показал 8 мкг/м3. Полученные результаты соответствуют нормативу допустимых выбросов воздуха
В течение первых двух дней работы участники проекта получили вводный инструктаж по технике безопасности, обсудили цели и задачи проекта. Затем совместно с командой мы провели отладку измерительных приборов, а также ряд тестовых измерений монокристаллической солнечной панели на 100 Вт, которые были зафиксированы в базе данных (Excel). Нами была изучена
Исследование функционирования солнечных батарей в летний период с учетом климатических особенностей
Боякинов Евгений Федорович, Боякинов Александр Федорович
вольтамперная характеристика солнечной панели для нахождения оптимальной ее нагрузки при разных интенсивностях солнечного излучения. В качестве нагрузки мы использовали реостат номиналом от 3 до 70 Ом, а также переменное сопротивление до 1 с рассчитанной мощностью до 500 Вт.
После этого мы измерили уровень освещенности
(1964-2006 Вт/м2)
и рассчитали максимальную мощность
электроэнергии, вырабатываемой нашей солнечной панелью при данном уровне освещенности (180 Вт/м2 на основе 18 монокристаллических ячеек кремния размерами 157*157 мм2). Коэффициент полезного действия оказался в районе 8-9 %. Участники оценили, что такая панель способна вырабатывать в 116,1 кВт*ч электроэнергии или 778 руб. за весь год, а также что срок полной окупаемости для портативной электростанции на 100 Вт может составить около 21,8 лет.
Кроме того, участники уделили немалое внимание наблюдению формы спектров излучения солнца в разное время суток и убедились в том, что в вечернее время падает интенсивность ультрафиолетового излучения, в то время как ближняя инфракрасная зона остается без особых изменений.
В процессе работы участники нашей команды освоили методику создания малых солнечных электростанций на солнечных панелях, мощностью до 100 Вт. Для этого они последовательно подключали 4 аккумулятора с напряжением 3,4 вольта к балансировочной BMS плате, равномерно потребляющей их заряд, а после подсоединили провода к контроллеру, который при наличии света будет либо заряжать батареи, либо давать ток потребителю, а при отсутствии света будет позволять потреблять заряд с аккумуляторов, Разработана собственная солнечная панель из солнечных ячеек размерами 157*157 мм2. В качестве основания электростанции мы использовали стекло. Для предотвращения реакций окисления металлических контактов солнечной панели использован силиконовый компаунд Пенталаст-712. ш
Личные впечатления
Александр Боякинов, тьютор: «После проделанной работы участники получили теоретические знания об излучении Солнца, а также усовершенствовали практические навыки в электрике. Все участники на 100 % справились с поставленными преподавателями задачами».
Евгений Боякинов, тьютор: «К проекту присоединились всего 6 участников. Всего за 5 дней участники собрали большую базу данных по климату Якутии (более 20 параметров, 3-5 замеров в день), провели ряд замеров солнечных батарей, собрали портативную солнечную электростанцию и собрали собственную солнечную панель из кремниевых ячеек».
