CC BY
58
ВТО»: материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования Вол-ГАУ. - Волгоград, 2014. - С. 459-463.
References
1. Proizvodstvennoe svetotehnicheskoe ob'edinenie [Industrial lighting association], available at: http: //www.alb.ru/articles/dimming (Access date: 10.03.16).
2. Cvetovaja model' [Color model], available at: https://ru.wikipedia.org/wiki/Cvetovaja_model' (Access date: 19.05.16).
3. Bugrov V.E., Vinogradov K.A. Optojelektronika sve-todiodov [Optoelectronics of LEDs], Saint-Petersburg, Na-cional'nyj issledovatel'skij universitet, 2013, 174 p.
4. Svetodiodnye svetil'niki - shag v budushhee [LED lights are step into the future], available at: http: //www.diy.ru/post/6240 (Access date: 15.02.16).
5. SNiP 23-05-2010. Estestvennoe i iskusstvennoe os-veshhenie [Natural and artificial lighting], Ministerstvo region-nal'nogo razvitija Rossijskoj Federacii, Moscow, 2010, 76 p.
6. Tajny filamentnyh svetodiodnyh lamp [Secrets of filament light-emitting diode lamps], available at: http:
//market.elec.ru/nomer/56/tajny-filamentnyh-svetodiodnyh-lamp (Access date: 19.03.16).
7. Judaev I.V., Charova D.I., Feklistov A.S., Vorotni-kov I.N., Gabrieljan Sh.Zh. Vyrashhivanie listovogo salata v svetodiodnoj obluchatel'noj kamere [Growing of lettuce in LED irradiation chamber], Sel'skij mehanizator, 2017, No. 1, pp. 20-21.
8. Charova D.I., Petruhin V.A., Judaev I.V. Vozmozh-nost' primenenija tehnologii ob'emnogo obluchenija rastenij v sooruzhenijah zashhishhennogo grunta [The possibility of applying the technology of volumetric irradiation of plants in constructions of protected ground], Innovacii v sel'skom hoz-jajstve, 2016, No. 1(16), pp. 28-32.
9. Judaev I.V., Charova D.I. Povyshenie urozhajnosti ovoshhnyh kul'tur za schet ispol'zovanija SID dlja jelektrodos-vechivanija rastenij v sooruzhenijah zashhishhennogo grunta [Increase of productivity of vegetable crops by application of LEDs for electic supplementary lightening of plants in constructions of protected ground], V sbornike: Nauchnye osnovy strategii razvitija APK i sel'skih territorij v uslovijah VTO: ma-terialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhjonnoj 70-letiju obrazovanija VolGAU, Volgograd, 2014, pp. 459-463.
Сведения об авторах
Моргунов Денис Николаевич - директор ООО «ПТП ЭнергоСтандарт», аспирант кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения» (Россия). Тел.: 8 (846) 231-03-62.
Васильев Сергей Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (Россия). Тел.: 8 (84663) 46-3-46. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Morgunov Denis Nikolaevich - Director of Ltd. «PTP EnergoStandart», postgraduate student of the Electricity supply of railway transport department, FSBEI HE «Samara State Transport University» (Russia). Phone: 8 (846) 231-03-62.
Vasiliev Sergey Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Electronification and automation of agroindustrial complex department, FSBEI HE «Samara State Agricultural Academy» (Russia). Phone: 8 (84663) 46-3-46. E-mail: [email protected].
УДК 629.039.58
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ЛИСТОВЫМ ПОЛИКАРБОНАТОМ
© 2017 г. О.С. Атрашенко, В.С. Галущак, А.Г. Сошинов, В.Д. Мушленко, В.Ш. Сулаберидзе
Проблемы поиска наиболее эффективных материалов для изготовления солнечных батарей являются предметом многих научных исследований. Широкое распространение поликарбоната в строительстве и промышленности сделало необходимым рассмотреть возможность его применения и в солнечной энергетике. Одной из важнейших характеристик при использовании поликарбоната для этих целей является оценка его поглощающей способности по отношению к солнечному излучению. В статье описан эксперимент по оценке потерь солнечного излучения при прохождении его через слои листового поликарбоната. Измерения проводились при изменении угла падения солнечных лучей от нуля до девяноста градусов. В результате получен ряд кривых для различных толщин и состояний листового поликарбоната, показавших, что поглощение солнечного излучения не превышает десяти процентов для углов падения солнечных лучей до сорока пяти градусов. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании новых конструкций солнечных батарей, а также при строительстве теплиц, парников, сушилок. Защитное покрытие снижает выработку электроэнергии, но его применение оправдано. Из-за атмосферных воздействий солнечные батареи могут быстро выйти из строя, что потребует их замены или покупки новых панелей.
В целом проблема защиты энергетических устройств, работающих на солнечном свете, остается одной из актуальных на сегодняшний день. Применение поликарбоната в качестве покрытия позволяет создать прочные вибростойкие солнечные батареи, применимые даже на транспортных устройствах.
Ключевые слова, фотопреобразователи, поликарбонат, светопроницаемость, солнечные панели, свойства материалов, генерация электроэнергии.
The problems of finding the most effective materials for the manufacture of solar batteries are the subject of many scientific studies. The wide distribution of polycarbonate in building and industry made it necessary to consider the possibility of its use in solar power engineering. One of the most important characteristics at using polycarbonate for these purposes is the evaluation of its absorbing ability with respect to solar radiation. This article describes an experiment to estimate the solar radiation loss as it passes through layers of sheet polycarbonate. Measurements were conducted changing incidence angle of the sun's rays from zero to ninety degrees. As a result, there were obtained number of curves for different thicknesses and states of sheet polycarbonate, which revealed that the solar radiation absorption does not exceed ten percent for the incidence angles of the sun's rays of less than forty-five degrees. The presented results can be used in the design of new solar cell constructions, as well as in the building of greenhouses, seedbeds, dryers. Protective coating reduces the electricity generation, but its use is justified. Due to atmospheric influences, solar panels can quickly fail, which will require their replacement or purchase of new panels. In general, the problem of protecting energy devices working in the sunlight remains one of the most urgent today. The use of polycarbonate as a coating allows the creation of solid vibration-resistant solar panels, that are applicable even on transport devices.
Keywords: photoconverters, polycarbonate, light transmission, solar panels, material properties, power generation.
Введение. Одним из перспективных направлений развития альтернативной энергетики является прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. Фотовольтаические гелиоустановки могут применяться в микроэлектронике, автомобилестроении, в энергоснабжении жилых помещений, ландшафтном дизайне, в сфере сельского хозяйства, военно-космических отраслях и т.д. [1].
Солнечные панели устанавливаются под открытым небом, поэтому постоянно находятся под атмосферным воздействием. Практически во всех регионах России наблюдаются неблагоприятные природные условия (ветер, град, ледяной дождь и т.д.). Поэтому при установке солнечной установки необходимо позаботиться о защитном покрытии для фотопреобразователей солнечной батареи.
В качестве защитного материала могут использоваться стекло, поликарбонат, оргстекло, плексиглас. Для выбора лучшего материала необходимо сравнить свойства этих материалов и области их применения.
Оргстекло (или акрил) является продуктом органической химии, ему присущи следующие качества [2]:
- легкость в обработке;
- ударная прочность (в 10 раз больше чем у стекла);
- устойчивость к воздействию ветра и дождя;
- низкая теплопроводность (не создает дополнительный нагрев солнечной панели);
- хорошая светопроницаемость (до 92%).
Наряду с положительными свойствами этого материала необходимо отметить и отрицательные: поверхность оргстекла легко поддается повреждению острыми предметами и является довольно хрупким материалом.
Поликарбонат - относительно новый материал, но уже нашел свое применение во многих областях, таких как [3]:
- сельхозпроизводство (светопрозрачная часть парников и теплиц);
- строительство (прозрачные поверхности окон, стен, крыш);
- транспорт (лобовые стекла на кораблях, самолетах, локомотивах);
- высокие технологии (жесткие диски для компьютеров);
- рекламные щиты (антивандальное покрытие служит защитой от внешних воздействий).
Отличительное свойство поликарбоната от других подобных материалов - прочность (в 200 раз прочнее стекла и в 60 раз акрила).
Кроме прочности поликарбонат обладает другими не менее важными свойствами, которые должны учитываться при выборе защитного материала для солнечных панелей:
- стойкость к механическим воздействиям;
- вязкая структура (при экстремальном ударном влиянии пластик трескается, не образуя острые осколки);
- гибкость (листы гнутся даже в холодном состоянии);
- химическая устойчивость (не реагирует на осадки и большинство химически активных
веществ, не горит и не выделяет в атмосферу вредных соединений);
- широкий диапазон рабочих температур;
- прозрачность (в зависимости от толщины листа, пропускная способность естественного света 85-92%).
При сравнении свойств этих двух материалов очевидно, что поликарбонат превосходит акрил. Единственным показателем, в котором уступает поликарбонат, - цена, которая выше в несколько раз.
Одной из важнейших характеристик све-топрозрачных покрытий теплиц и солнечных батарей является оценка светопропускания [4].
Методика исследования. Для оценки светопроницаемости материала был проведен эксперимент по изучению поглощательной способности листового поликарбоната. Его цель -
оценить интегральные потери солнечного излучения при прохождении его через листовой поликарбонат.
Объектом исследования стала чистая фотоэлектрическая панель (ФЭП; образцы листового поликарбоната ПК3 (толщиной 3 мм), ПК4 (толщиной 4 мм); ПК4 ДИФ (толщиной 4 мм с диффузионным слоем, направленным к солнечным лучам).
Из оборудования использовались ФЭП модуль МСМ 4, 8*150, мультиметр, реостат в качестве нагрузки, установка для изменения угла наклона солнечной батареи.
Схема и фото конструкции представлены на рисунке 1.
Результаты были обработаны и представлены в таблице 1.
Рисунок 1 - Схема и фото экспериментальной установки Таблица 1 - Влияние поликарбонатного покрытия на выработку электроэнергии
Текущее время Угол наклона образца к горизонту, ° Генерация
ФЭП ФЭП+ПК3 ФЭП +ПК4 ФЭП +ПК4Д (к солнц ЗИФ у)
ио, В Р0, Вт и1, В Р1, Вт ДР, % и2, В Р2, Вт ДР, % иэ, В Ра, Вт ДР, %
14:30 90° 6,9 0,473 6,54 0,425 10,163 6,72 0,449 5,149 6,6 0,4330 8,507
14:31 80° 7,03 0,491 6,8 0,460 6,436 6,85 0,466 5,055 6,69 0,4448 9,439
14:32 70° 7,07 0,497 6,91 0,475 4,475 6,91 0,475 4,475 6,77 0,4555 8,307
14:33 60° 7,04 0,493 6,88 0,471 4,494 6,88 0,471 4,494 6,75 0,4529 8,069
14:34 50° 7,04 0,493 6,88 0,471 4,494 6,88 0,471 4,494 6,75 0,4529 8,069
14:35 45° 7 0,487 6,83 0,464 4,798 6,84 0,465 4,519 6,7 0,4462 8,388
14:36 40° 6,98 0,484 6,82 0,462 4,532 6,81 0,461 4,812 6,7 0,4462 7,862
14:37 30° 6,83 0,464 6,6 0,433 6,622 6,62 0,436 6,055 6,38 0,4046 12,743
14:38 20° 6,62 0,436 6,37 0,403 7,410 6,06 0,365 16,203 6,09 0,3686 15,371
14:39 10° 6,32 0,397 5,84 0,339 14,613 5,76 0,330 16,936 5,23 0,2718 31,519
14:40 0° 6,2 0,382 5,6 0,312 18,418 5,62 0,314 17,835 4,98 0,2465 35,483
Для расчёта мощности применяется форму- _ (Р^-Р^ (2)
ла " р0 { оУ
р - и21 Я (Вт), (1) для графического представления были
где К = 100,6 °м. построены диаграммы генерируемой мощности
Потери мощности определяются по форму- (рисунок 2).
ле
Рисунок 2 - Диаграмма генерируемой мощности
Из диаграммы видно, что светопроницае-
Для чистоты эксперимента (исключая влия-
мость поликарбоната практически не зависит от ние облачности) был проведен опыт с искусст-толщины листа, а диффузионный слой снижает венным источником излучения (осветительной
генерацию электроэнергии.
лампой). Были сняты показания напряжения с клемм нагрузки. Результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 3.
Таблица 2 - Генерация электроэнергии (искусственный источник света)
Угол наклона образца к горизонту, ° Генерация
ФЭП ФЭП + ПК3 ФЭП + ПК4 ФЭП + ПК4ДИФ (к солнцу)
ио, мВ и1, мВ ДШ, % и2, мВ ди2, % иэ, мВ Ди3,%
90° 147,6 124 15,99 123 16,67 111,2 24,66
80° 147,4 128,6 12,75 134,8 8,55 120,6 18,18
70° 155,2 136,3 12,18 138 11,08 123,6 20,36
60° 153,6 136,7 11,00 136,1 11,39 119,2 22,40
50° 141,6 125,1 11,65 123,6 12,71 115,8 18,22
45° 132 117,6 10,91 120,3 8,86 108,8 17,58
40° 124,8 109,8 12,02 111,8 10,42 100,3 19,63
30° 113,1 97,5 13,79 99,5 12,02 90,6 19,89
20° 92,7 81,3 12,30 88 5,07 73,7 20,50
10° 78,7 68,3 13,21 69,3 11,94 63 19,95
0° 66 59,3 10,15 60,2 8,79 53,4 19,09
180
160 140 120 100 80 60
■ -ФЭП
X---- чч —фэп+пкз
• ФЭП(ПК4
ООО — ФЭП (ПК4ЛИФ
(к солнцу)
90" 80" 70" 60" 50" 45" 40" 30" 20" 10" 0" Наклон ФЭП
Рисунок 3 - Изменения уровня напряжения
Данный эксперимент является подтверждением того, что защитное покрытие из поликарбоната толщиной 3 мм и 4 мм практически не отличается светопроницаемостью и «поглоща-
ет» 16-20% напряжения, защитное покрытие с диффузионным слоем - 30-40%. Практически те же показатели наблюдаются и при расчете потерь мощности (таблица 3).
Таблица 3 - Результаты расчета потерь мощности
Угол наклона образца к горизонту, 0 Генерация
ФЭП ФЭП + ПК3 ФЭП + ПК4 ФЭП + ПК4Д (к солнцу ИФ
ио,мВ Ро,мВт и1,мВ Р1, мВт ДР% и2,мВ Р2, мВт ДР% иэ,мВ Рэ, мВт ДР%
90° 147,6 216,55 124 152,843 29,422 123 150,388 43,293 111,2 122,917 43,241
80° 147,4 215,97 128,6 164,393 23,882 134,8 180,627 21,500 120,6 144,576 33,058
70° 155,2 239,43 136,3 184,669 22,873 138 189,304 27,146 123,6 151,858 36,576
60° 153,6 234,52 136,7 185,754 20,795 136,1 184,127 27,130 119,2 141,239 39,776
50° 141,6 199,31 125,1 155,567 21,947 123,6 151,858 30,502 115,8 133,297 33,121
45° 132 173,20 117,6 137,473 20,628 120,3 143,858 21,345 108,8 117,668 32,062
40° 124,8 154,82 109,8 119,841 22,594 111,8 124,247 25,513 100,3 100,001 35,409
30° 113,1 127,15 97,5 94,496 25,684 99,5 98,412 30,415 90,6 81,594 35,830
20° 92,7 85,42 81,3 65,703 23,083 88 76,978 12,849 73,7 53,993 36,791
10° 78,7 61,56 68,3 46,371 24,683 69,3 47,738 29,823 63 39,453 35,919
0° 66 43,30 59,3 34,955 19,272 60,2 36,024 20,815 53,4 28,346 34,537
Выводы. Защитное покрытие, конечно, снижает выработку электроэнергии, но его применение оправдано. Из-за атмосферных воздействий солнечные батареи могут быстро выйти из строя, что потребует их замены или покупки новых панелей. В целом проблема защиты энергетических устройств, работающих на солнечном свете, остается одной из актуальных. Применение поликарбоната в качестве покрытия позволяет создать прочные вибростой-
кие солнечные батареи, применимые даже на транспортных устройствах [5, 6].
Литература
1. Сухоручкина, Т.Ю. Проблемы развития возобновляемых источников энергетики в России / Т.Ю. Сухоручкина, О.С. Атрашенко // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. - 2016 - № 2 (14). - С. 40-43.
2. Титов, Д.Е. Энергосберегающий комплекс с использованием возобновляемых источников энергии для бюджетных организаций // Д.Е. Титов, О.С. Пасменко,
А.Г. Сошинов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2013. - № 10. - С. 19-22.
3. Основы технологии переработки пластмасс / под ред. В.Н. Кулезнева и В.К. Гусева. - Москва: Химия, 2004. - 600 с.
4. Атрашенко, О.С. Возобновляемые источники энергии для электроснабжения заповедников и природных парков / О.С. Атрашенко, В.С. Галущак, А.Г. Сошинов // APRIORI. Серия: Естественные и технические науки. -2015. - № 4.- С. 4.
5. Пополов, А.С. Солнечный транспорт / А.С. Пополов. - Москва: Транспорт, 1996. - 166 с.
6. Юдаев, И.В. Изучение светопропускающих свойств сотового поликарбоната - покрывного материала круглогодичных теплиц / И.В. Юдаев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2016. - № 120. -С. 239-252.
References
1. Suhoruchkina T.Ju., Atrashenko O.S. Problemy razvitija vozobnovljaemyh istochnikov jenergetiki v Rossii [Problems of development of renewable energy sources in Russia], Jenergo- i resursosberezhenie: promyshlennost' i transport, 2016, No. 2 (14), pp. 40-43.
2. Titov D.E., Pasmenko O.S., Soshinov A.G. Jener-gosberegajushhij kompleks s ispol'zovaniem vozobnovljaemyh istochnikov jenergii dlja bjudzhetnyh organizacij [Energy-saving complex using renewable energy sources for budgetary organizations], Jelektrooborudovanie: jekspluata-cija i remont, 2013, No. 10, pp. 19-22.
3. Osnovy tehnologii pererabotki plastmass [Basics of plastics processing technology], pod red. V.N. Kulezneva i V.K. Guseva, Moscow, Himija, 2004, 600 p.
4. Atrashenko O.S., Galushhak V.S., Soshinov A.G. Vozobnovljaemye istochniki jenergii dlja jelektrosnabzhenija zapovednikov i prirodnyh parkov [Renewable energy sources for electricity supply to nature reserves and natural parks], APRIORI. Cerija: Estestvennye i tehnicheskie nauki, 2015, No. 4, p. 4.
5. Popolov A.S. Solnechnyj transport [Solar transport], Moscow, Transport, 1996, 166 p.
6. Judaev I.V. Izuchenie svetopropuskajushhih svojstv sotovogo polikarbonata - pokryvnogo materiala kruglogo-dichnyh teplic [Study of the light transmitting properties of cellular polycarbonate - covering material of year-round greenhouses], Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universite-ta, 2016, No. 120, pp. 239-252.
Сведения об авторах
Атрашенко Ольга Сергеевна - преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Камышинский технологический институт - ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» (Россия). Тел.: 8 (84457) 95-4-29. E-mail: [email protected].
Галущак Валерий Степанович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Камышинский технологический институт - ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» (Россия). Тел.: +7-937-727-19-81. E-mail: [email protected].
Сошинов Анатолий Григорьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Камышинский технологический институт - ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» (Россия). Тел.: 8 (84457) 95-4-29. E-mail: [email protected].
Мушленко Василий Дмитриевич - кандидат технических наук, директор ООО «Столп» (Санкт-Петербург, Россия). Тел.: 8 (409) 932-17-30. E-mail: [email protected].
Сулаберидзе Владимир Шалвович - доктор технических наук, эксперт по научно-техническому развитию (Санкт-Петербург, Россия). Тел.: 8 (812) 410-45-61. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Atrashenko Olga Sergeevna - lecturer of the Electric power supply of industrial enterprises department, Kamyshinsky Technological Institute - FSBEI HE «Volgograd State Technical University» (Russia). Phone: 8 (84457) 95-4-29. E-mail: [email protected].
Galuschak Valery Stepanovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Electric power supply of industrial enterprises department, Kamyshinsky Technological Institute - FSBEI HE «Volgograd State Technical University» (Russia). Phone: +7-937-727-19-81. E-mail: [email protected].
Soshinov Anatoly Grigorievich - Candidate of Technical Sciences, senior lecturer of the Electric power supply of industrial enterprises department, Kamyshinsky Technological Institute - FSBEI HE «Volgograd State Technical University» (Russia). Phone: 8 (84457) 95-4-29. E-mail: [email protected].
Mushlenko Vasily Dmitrievich - Candidate of Technical Sciences, Director of Ltd. «Stolp» (St.-Petersburg, Russia). Phone: 8 (409) 932-17-30. E-mail: [email protected].
Sulaberidze Vladimir Shalvovich - Doctor of Technical Sciences, expert on scientific and technical development (St. Petersburg, Russia). Phone: 8 (812) 410-45-61.
