Научная статья на тему 'Оценка влияния кпд гелиоустановки на экологические и экономические показатели'

Оценка влияния кпд гелиоустановки на экологические и экономические показатели Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
764
235
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ / ГЕЛИОКОНЦЕНТРАТОР / ГЕЛИОСТАТ / ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ / ФОТОТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ / SOLAR ENERGY / SOLAR HUB / HELIOSTAT / SEMICONDUCTOR / SOLAR / FOTOTERMOELECTRICAL CELLS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Аббасова Татьяна Сергеевна

Проанализированы проблемы развития солнечной энергетики в мире и в России; проведено теоретическое исследование использования вместо дизель-генераторной установки альтернативного источника энергии (гелиоустановки) для резервирования источника бесперебойного электропитания и дополнительного электроснабжения вычислительного оборудования электротехнического комплекса; показано, что гелиоустановки обладают экологическими и эксплуатационными преимуществами при использовании их в определенных географических областях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article analyzed the problems of development of solar energy in the world and particularly in Russia. The author carried out a theoretical study of the use of alternative energy sources (solar systems) instead of diesel generator to backup uninterruptible power supply and additional supply of computer equipment of electrical system. It is shown that the solar plants have environmental and operational advantages of using them in certain geographic areas.

Текст научной работы на тему «Оценка влияния кпд гелиоустановки на экологические и экономические показатели»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.38

Оценка влияния КПД гелиоустановки на экологические и экономические показатели

Татьяна Сергеевна Аббасова, к. т. н., доцент, e-mail: [email protected] ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва

Проанализированы проблемы развития солнечной энергетики в мире и в России; проведено теоретическое исследование использования вместо дизель-генераторной установки альтернативного источника энергии (гелиоустановки) для резервирования источника бесперебойного электропитания и дополнительного электроснабжения вычислительного оборудования электротехнического комплекса; показано, что гелиоустановки обладают экологическими и эксплуатационными преимуществами при использовании их в определенных географических областях.

The article analyzed the problems of development of solar energy in the world and particularly in Russia. The author carried out a theoretical study of the use of alternative energy sources (solar systems) instead of diesel generator to backup uninterruptible power supply and additional supply of computer equipment of electrical system. It is shown that the solar plants have environmental and operational advantages of using them in certain geographic areas.

Ключевые слова: солнечная энергия, гелиоконцентратор, гелиостат, полупроводниковые фотоэлементы, фо-тотермоэлектрические ячейки.

Keywords: solar energy, solar hub, heliostat, semiconductor, solar, fototermoelectrical cells.

Страны Европейского Союза, Япония и США уделяют большое внимание развитию солнечной энергетики. В настоящее время одним из лидеров практического использования энергии Солнца является Швейцария, где для получения тепловой энергии построено порядка 3 000 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1 000 кВт и солнечных коллекторных устройств. Развивающиеся страны, испытывающие недостаток в национальных энергоресурсах, также приобретают гелиоустановки [1, 2].

Потенциал солнечной энергетики в России составляет более 2 000 млрд тонн условного топлива в год. Несмотря на это, Россия потребляет в основном нефть и газ, добыча которых достигает 79,4% от количества всех энергоресурсов, что ведет к резкому сокращению полезных ископаемых. За последние семь лет запасы газа сократились на 4,5%, а нефти на 15,7%. Эту проблему можно решить за счет использования солнечной энергии [3].

Еще одной проблемой российской энергетики является большая протяженность сетей электропе-

редач, вызванная обширной площадью страны, на которой многие регионы питаются от удаленных электростанций. Уже на сегодняшний день все эти сети сильно изношены. Так, по данным Департамента электрических сетей РАО «ЕЭС России», износ основных фондов электрических сетей составляет 40%, а подстанционного оборудования -63,4%, и на их ремонт потребуется свыше 4,8 млрд долларов США [4]. Применение гелиоустановок сдерживается низким КПД солнечных панелей и высокой стоимостью управления гелиоустановкой.

Энергия Солнца преобразуется в электрическую или тепловую энергию посредством разных типов гелиоустановок. Для преобразования солнечной энергии в электрическую применяются турбогенераторные установки или полупроводниковые фотоэлементы, которые в настоящее время стали получать наибольшее распространение.

Рассмотрим практическое применение гелиоустановки в качестве резервного, дополнительного (и при необходимости, автономного) источника для системы бесперебойного электропитания вычисли-

тельного оборудования электротехнического комплекса. Дизельный генератор, который обычно применяется для резервирования источника бесперебойного питания, обладает эксплуатационными и экологическими недостатками, а также большим временем простоя, что не очень хорошо с экономической точки зрения.

Стоимость ввода в эксплуатацию дизельной генераторной установки (ДГУ) обходится в три раза дешевле, чем гелиоустановки. Однако стоимость и сложность эксплуатации ДГУ выше. Гелиоустановки имеют следующие эксплуатационные преимущества перед ДГУ: бесшумная работа; отсутствие подвижных частей, увеличивающее износостойкость; тот факт, что загрязнение солнечных модулей является незначительным и практически не играет роли, поскольку они устанавливаются с небольшим углом наклона и дожди при средней частоте выпадения смывают оседающую пыль; небольшие эксплуатационные расходы; возможность монтажа в различные приборы и конструкции зданий; безопасность для окружающей среды. Срок эксплуатации гелиоустановки 26 лет. Срок эксплуатации ДГУ 17...34 года. При эксплуатации ДГУ необходимо учесть расходы на приобретение горючего (с учетом стоимости доставки, которая зависит от длины транспортировки и нередко превосходит стоимость горючего). Снабжение топливом районов Дальнего Востока и Сибири является большой проблемой. Ежегодно в эти регионы завозится 6.8 млн тонн жидкого горючего, на это уходит около половины бюджета этих регионов, причем в последние годы нередки были случаи недостаточного завоза топлива на Дальний Восток [5, 6].

Сравним экологические показатели гелиоустановок с экологическими показателями источников энергии различного типа (дизельные электростанции (ДЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС), ветровые электростанции (АЭС), биоэнергетические электростанции (БЭС)) (рис. 1, табл. 1) и определим влияние КПД гелиоустановок на эти показатели.

Рис. 1. Показатели на 1 МВт выработанной электроэнергии

Проанализировав показатели, приведенные в табл. 1, можно сделать вывод, что с точки зрения экологии у гелиоустановки только один недостаток - занимаемая площадь. Эту площадь можно уменьшить путем увеличения КПД гелиоустановки, так как чем больше ее КПД, тем меньше требуемая площадь солнечных панелей.

Сравним энергетические показатели гелиоустановки и универсального на сегодняшний день автономного источника энергии - дизельного генератора. КПД автономных дизельных генераторов не превышает 30%, поэтому сжигать органическое топливо для выработки электрической энергии не очень эффективно. Для существующих гелиоустановок КПД колеблется от 10% до 18%. Повысить КПД гелиоустановки можно за счет повышения эффективности управления гелиоустановкой и повышения КПД составляющих ее компонентов, в первую очередь фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).

Если принять КПД ФЭП в среднем за 14%, при постоянном положении гелиоустановки можно в течение года с одного квадратного метра (в южной полосе России) получить от 218 кВт-ч, а с ис-

Таблица 1. Экологические показатели источников энергии

Показатель Дизельные электро- станции (ДЭС) Гидро- электро- станции (ГЭС) Атомные электро- станции (АЭС) Ветровые электро- станции (ВЭС) Биоэнергетические электростанции (БЭС) Солнечные электро- станции (СЭС)

Затраты на охрану природы, % 10 0 50 0 10 0

Сброс грязной воды, м3 0,2 0 0,5 1 0,2 0

Потребление чистой воды, м3 35 0 90 0 20 0

Занимаемая площадь, га 0,8 100 0 0 0 2

Выброс вредных веществ в атмосферу, кг 15 0 0 10 10 0

пользованием ориентации гелиоустановки относительно Солнца - до 280 кВт-ч [7]. На практике постоянно менять угол наклона гелиоустановки неудобно и трудоемко, особенно если панели большие или их много. Поэтому целесообразно рассмотреть применение одного из трех вариантов:

1) использование гелиостата, т.е. специального устройства, которое следит за Солнцем и ориентирует панель всегда перпендикулярно солнечным лучам;

2) дважды в год изменяется наклон панели - с положения, соответствующего летнему периоду, на «зимнее» и обратно;

3) угол наклона панели в течение года не меняется.

При первом варианте можно получить максимальное количество энергии, но часть ее потребляется гелиостатом, поэтому повышается стоимость. Второй вариант дешевле и проще, особенно для небольших панелей. Третий вариант не требует обслуживания, но при его использовании невозможно получить максимальное количество энергии. Таким образом, все три варианта имеют недостатки.

Для увеличения КПД гелиоустановок и снижения их стоимости применяются концентраторы лучистого потока энергии, которые направляют поток солнечных лучей с большой площади на небольшой гелиоэлемент, что позволяет снизить общую стоимость гелиоустановки за счет уменьшения площади гелиоэлемента, а для некоторых типов гелиоустановок увеличить КПД преобразования. Отражатели укрепляются на жестком каркасе; сооружают также полужесткие и надувные гелиоконцентраторы с покрытием из металлизированных пленок. В качестве концентраторов энергии солнечного излучения применяют зеркала (отражатели) различной формы, которые позволяют достичь концентрации, в 2.4 раза превышающей обычную плотность солнечной радиации. В табл. 2 приведены эксплуатационные показатели гелиоустановки, использующей различные конструкции концентраторов.

Таким образом, при увеличении плотности солнечной радиации повышается КПД и уменьшается площадь поверхности дорогостоящих ФЭП, которые осуществляют прямое преобразование солнечной энергии в электрическую.

Требования по точности наведения энергетических гелиоустановок на Солнце различаются в зависимости от их типа и, при наличии концентратора, от типа концентратора. Гелиоустановки без концентрации лучистого потока энергии теряют до 40% энергии, но гелиоустановки с концентрацией лучистого потока энергии еще более чувствительны к углу падения излучения, поэтому необходима система слежения за Солнцем - гелиостат. Таким образом, вариант с управляющим гелиостатом очень перспективен, но необходимо разработать методы для снижения стоимости управления гелиоустановкой. Следует отметить некоторые конструкторские решения в этом направлении: фирма Loose Industries на солнечно-газовой электростанции в Калифорнии использует систему параболоцилиндрических длинных отражателей в виде желоба, в фокусе которых проходит труба с теплоносителем - дифенилом, нагреваемым до 350°С. Желоб поворачивается для слежения за Солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как плоские гелиостаты). Это позволяет упростить систему слежения. С помощью использования двигателя Стирлинга, преобразующего солнечную энергию в механическую, можно более эффективно осуществлять ориентацию солнечных панелей.

Конструкция гелиоустановки, имеющей пара-болоидный концентратор (зеркало) и гелиостат, приведена на рис. 2. Зеркала гелиостата направляют солнечные лучи на приемник излучения с ФЭП.

Повысить КПД гелиоустановки можно за счет преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую одновременно. При тепловом преобразовании солнечного света в электричество концентраторы нагревают теплоноситель, который передает энергию паровой турбине или стирлингу. При преобразовании солнечного света в электричество с помощью полупроводниковых фотоэлементов («квантовом» преобразовании) осуществляется прямая конверсия фотонов в ток. КПД тепловых машин тем выше, чем горячее их зона нагрева, но фотогальванические ячейки не могут работать при перегреве. При использовании фототермоэлектри-ческих ячеек (из арсенида галлия или нитрида галлия) в зависимости от температуры могут доминировать фотоэмиссия электронов, эмиссия типа

Таблица 2. Эксплуатационные показатели концентраторов энергии солнечного излучения

Тип концентратора Степень концентрации Диапазон рабочих температур, °С КПД, %

Параболоид Сильная 250...650 5 7 0 6

Параболоцилиндр Средняя 150...400 50.70

Простейший концентратор в виде плоской пластины Слабая 60.140 30.50

Рис. 2. Гелиоустановка с параболоидным гелиоконцентратором и гелиостатом: 1 - приемник излучения с ФЭП; 2 - параболический концентратор; 3 - система наведения рабочего органа на Солнце (гелиостат); 4 - азимутальный и зениталь-ный электроприводы

PETE или термоэмиссия. ФЭП на основе арсенида галлия имеют более высокий теоретический КПД, чем кремниевые ФЭП, так как ширина запрещенной зоны у них практически совпадает с оптимальной шириной запрещенной зоны для полупроводниковых преобразователей солнечной энергии. На практике зона с крайне высокими температурами недостижима, возможна работа в диапазоне рабочих температур 100.. ,800°С.

Н. Мелош (Стенфорд) разработал технологию для получения катода: нитрид галлия покрывается тонким слоем цезия. В катоде происходит термоэмиссия фотовозбужденных электронов. Суммирование энергии от падающих фотонов и от тепла горячего полупроводника позволяет электронам в этом полупроводнике «перепрыгивать» запрещенную зону и создавать ток в нагрузке. Зависимости, приведенные на рис. 3, построены на основании анализа экспериментов, проведенных Мелошом. Они показывают, насколько увеличивается КПД комбинированной РЕТЕ-системы, использующей фотоэлектрическое и тепловое преобразование одновременно, по сравнению с КПД РЕТЕ-системы, не использующей тепловое преобразование. В диапазоне 0,9.1,7 э-В запрещенной зоны КПД достигает 50% и выше.

На данном этапе развития солнечной энергетики при удельной стоимости гелиоустановки

Рис. 3. Зависимость КПД РЕТЕ-системы от величины запрещенной зоны Sз исходного полупроводника: 1 - фотоячейка РЕТЕ с тепловым преобразователем; 2 - фотоячейка РЕТЕ без теплового преобразователя

250.290 долл./м2 (7500.8700 р./м2) реальный срок окупаемости гелиоустановок составляет 5.7 лет, что объясняется высокой стоимостью оборудования, с одной стороны, и низкой стоимостью замещаемого топлива, с другой стороны.

В общем случае срок окупаемости, киловатта энергии, вырабатываемого гелиоустановкой, ч, определяется соотношением

^ГЭЕгэ (1)

T = ок

С

ГЭ

где 5ГЭ - удельная стоимость одного квадратного метра гелиоустановки, р./м2; ЕГЭ - годовое количество электричества, полученного с одного квадратного метра гелиоустановки, кВт-ч-м2; СГЭ -стоимость киловатта электричества от традиционного энергоисточника, кВт-р.

Имеющаяся в настоящее время и в перспективе неопределенность в государственной ценовой политике по энергоносителям делает актуальной оценку энергетической окупаемости сооружения гелиоустановок. Основные компоненты в структуре стоимости солнечной энергии представляют собой удельные стоимости полупроводникового материала, из которого состоят ФЭП, стоимости переработки этого материала в солнечные элементы, сборки элементов в солнечные модули и сборки модулей в солнечные фотоэлектрические системы. Каждый из этих компонентов характеризу-

ется параметрами, текущие значения которых определяют уровень используемых технологий. Наибольше влияние уровень используемых технологий оказывает на стоимость полупроводникового материала в ФЭП:

Бпп йр

Б

ФЭП"

ЕпФЭП^2

(2)

где Бпп - стоимость полупроводника, р.; й - толщина используемых пластин, мкм; р - плотность полупроводника, кг/м3; Е - стандартная освещенность, Вт/м2; цФЭП - КПД ФЭП; У\ и У2 - технологические коэффициенты, характеризующие выходы процессов переработки кристаллов полупроводника в пластины и пластин в солнечные элементы.

При стоимости 1 кг кремния (наиболее распространенного материала) 2700 р., толщине исходных пластин 350.700 мкм, среднем значении КПД солнечного модуля массового производства 14% и средних значениях технологических коэффициентов 0,9.0,92 цена 1 Вт-пик генерируемой солнечной мощности составит приблизительно 90 р., фотоэлектрических систем - около 135 р. Электроэнергия, производимая такой системой в течение гарантийного срока службы (26 лет) при условии, что система работает эффективно не менее 3 ч в сутки, будет стоить потребителю около 6 р. за 1 кВт-ч (для сравнения, тарифы на 2011 г. за электричество в Москве составляют 2 р. 37 коп. для домов, оборудованных электрическими плитами, и 3 р. 15 коп. для домов, оборудованных газовыми плитами). Для того чтобы солнечные системы были рентабельными, надо почти в 2 раза уменьшить стоимость солнечной энергии.

При одновременном квантовом и тепловом преобразовании солнечной энергии в электрическую широко распространенные ФЭП на основе кремния не могут работать, так как температурный диапазон их эксплуатации 25.60°С, тогда как ФЭП на основе арсенида галлия (нитрида галлия) могут работать в диапазоне температур 100.650°С и выше (до 800°С, ограничение 650°С в табл. 1 объясняется тем, что оборудование гелиоустановки не может работать при температурах выше 650°С). Поэтому для уменьшения стоимости ФЭП на основе арсенида галлия (нитрида галлия) используются многослойные (обычно трехслойные) гетероструктуры, в которых материалом для подложки (самого нижнего слоя) служит более дешевый германий.

Увеличение КПД компонентов гелиоустановки позволит уменьшить площадь солнечных пане-

лей и удельную стоимость гелиоустановки, которая рассчитывается на квадратный метр. С уменьшением площади солнечных панелей улучшаются экологические показатели. Упрощение системы управления гелиоустановкой позволит снизить затраты на управление.

Таким образом, можно перечислить следующие способы увеличения КПД гелиоустановки и снижения стоимости управления ее оборудованием [8, 9]:

• применение концентраторов лучистого потока энергии в гелиоустановках; при этом улавливается на 40% больше солнечной энергии;

• объединение теплового и квантового преобразования солнечного света в электричество; при этом КПД фотоэлектрического преобразования повышается до 40%;

• применение следящих электроприводов, поворачивающихся для слежения за Солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как при плоских гелиостатах); при этом упрощается система управления при небольшом снижении КПД, а также снижаются расходы на дополнительные редуктор и двигатель;

• использование двигателя Стирлинга, преобразующего солнечную энергию в механическую, для более эффективной ориентации солнечных панелей; в этом случае при совместном применении теплового и квантового преобразования КПД фотоэлектрического преобразования увеличивается до 55%;

• использование автоматического управления регулятора отбора мощности от фотоэлектрического преобразователя, в этом случае при совместном применении теплового и квантового преобразования КПД фотоэлектрического преобразования увеличивается до 80%. Также экономическую эффективность гелиоустановки можно повысить за счет уменьшения затрат на ее проектирование и эксплуатацию в результате увеличения КПД и соответственного уменьшения площади солнечных батарей, а снизить энергетические затраты на непрерывное слежение до 8% можно путем выбора оптимального шага слежения гелиоустановки за Солнцем с помощью следящего электропривода.

Как было показано, КПД гелиоустановки с концентрацией лучистой энергии Солнца с объединением теплового и квантового принципов преобразования солнечного света в электричество увеличивается на 26% (в среднем до 40% по сравнению с существующим средним значением 14%), это более чем в 2 раза. Следовательно, более чем в 2 раза

уменьшается требуемая площадь для солнечных систем и улучшаются экологические показатели.

Дальнейшее снижение затрат на систему управления оборудованием гелиоустановки связано с упрощением структуры следящего электропривода (СЭП), без которого работа гелиоустановки с концентратором невозможна. В общем случае структура СЭП многоконтурна, при этом под контуром понимается совокупность звеньев, охваченных обратной связью. Обычно системы СЭП оптимизированы по методу подчиненного регулирования контурами тока, скорости и угла. Для рассматриваемых гелиоустановок электропривод характеризуется сравнительно малой мощностью -до одного киловатта. Электроприводы с такой мощностью в большинстве случаев не нуждаются в токоограничении. Это объясняется повышенной перегрузочной способностью применяемых специальных двигателей малой мощности. Для самых маломощных приводов (менее 50.100 Вт) имеет место естественное токоограничение за счет достаточно большого сопротивления якорной цепи в системе преобразователь-двигатель. Кроме того, броски тока в якорной цепи слабодинамичных СЭП можно ограничить действием регулятора положения в контуре угла [10]. Поэтому в структуре СЭП гелиоустановки нет необходимости предусматривать контур тока. Достаточно ограничиться только контуром скорости для упрощения системы управления, поэтому СЭП гелиоустановки будет одноконтурным и однодвигательным. Таким образом, упрощается конструкция гелиоустановки, имеющей параболоидный концентратор (см. рис. 2), в которой корректировка по контуру скорости в целях точного наведения рабочего органа на Солнце осуществляется с помощью азимутального электропривода. Зенитальный электропривод можно исключить, зенитальная ориентировка будет задаваться вручную один раз в месяц.

Контур скорости обеспечивает повышение стабильности движения установки в зоне низких скоростей, а также позволяет расширить полосу пропускания электропривода, что способствует повышению динамической точности СЭП.

Реальные СЭП гелиоустановок обладают рядом нелинейностей. К ним относятся кинематические люфты в передаче, нелинейность зависимости упругого момента от разности углов поворота вала двигателя и исполнительного вала, зона нечувствительности и «насыщение» в выходной характеристике управляемого преобразователя напряжения, «насыщение» в пеленгационной харак-

теристике датчика рассогласования, «дрейф нуля» усилителей постоянного тока и т.д. Для того чтобы бороться с кинематическими люфтами и другими возмущающими воздействиями, надо подобрать передаточную функцию корректирующего устройства при компенсации возмущающих воздействий. Свойство систем автоматического управления приводить ошибку регулирования к нулю при постоянном внешнем воздействии на такую систему называется астатизмом. Для устранения установившейся ошибки, вызываемой скоро -стью задающего воздействия, необходимо построить систему с астатизмом второго порядка. В структуре рассматриваемого СЭП астатизм второго порядка позволяет снизить требования к полосе пропускания СЭП и исключить скоростную и статическую ошибки. При уменьшении числа контролируемых параметров СЭП является одноконтурным и однодвигательным.

Переход от непрерывного слежения за Солнцем к пошаговому с помощью СЭП также дает дополнительный экономический эффект. Гелиоустановка вырабатывает постоянный ток. Для организации пошагового режима слежения за Солнцем можно использовать шаговый двигатель, на который в разное время на разные обмотки подаются управляющие импульсы, или двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Шаговый двигатель дороже и сложнее в управлении [11], чем двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Среди двигателей постоянного тока, имеющих последовательное, параллельное и параллельно-последовательное включение обмотки возбуждения, управление двигателем с независимым возбуждением проще [12].

Серьезным фактором экономии энергии в автономном источнике является аккумулирование энергии, которое позволяет накапливать энергию маленькими порциями, перераспределять получение и потребление энергии большими порциями во времени (например, суточное аккумулирование, сезонное аккумулирование). При наличии аккумулирования электрической энергии мощность источника энергии может быть значительно меньшей, а его стоимость дешевле.

Немаловажно также и то, что гелиоустановки можно размещать на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях. Они не требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной или городской территории.

Пока стоимость электроэнергии в России относительно невысока и рентабельность дорогих

автономных солнечных электростанций ставится под сомнение, целесообразно использовать солнечные источники в децентрализованных системах электроснабжения с применением энергоустановок малой мощности в качестве резервных и дополнительных .

Таким образом, показано, что в качестве резервных источников бесперебойного питания вычислительного оборудования вместо дизельного генератора можно использовать гелиоустановки, так как при этом улучшаются экологические показатели, а именно отсутствуют затраты на охрану природы, сброс грязной воды, потребление чистой воды и выбросы вредных веществ в атмосферу.

Сформулированы методы повышения энергетической эффективности солнечных систем. Определено влияние концентрации лучистой энергии Солнца и объединения теплового и квантового принципов преобразования солнечного света в электричество на КПД гелиоустановки. КПД увеличивается на 24% (в среднем до 40% по сравнению с существующим средним значением 16%), это более чем в 2 раза. Следовательно, более чем в 2 раза уменьшается требуемая площадь для солнечных систем. Увеличение КПД гелиоустановки улучшает экологические показатели.

Для снижения стоимости системы управления предложены упрощение структуры следящего электропривода, переход от непрерывного слежения за Солнцем к пошаговому слежению, автоматическое управление регулятором отбора мощности от фотоэлектрического преобразователя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аббасова Т. С. Альтернативные источники энергии для центра обработки данных // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2009. Т. 5. № 4. С. 13 - 16.

2. Big business with the sun // Sun and Wird Energy. 2007. № 4.

3. Попель О. С., Фрид С. Е., Киселева С. В. и др. Распределение ресурсов энергии солнечного излучения по территории России // Энергия: экономика, техника, экология. 2007. № 1. С. 15 - 23.

4. Автономные энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии // http:// cert-energy.ru/news.aspx.htm (дата обращения 27.12.2010).

5. Шпилевой В. А., Налобин Н. В. Проблемы использования возобновляемых источников энергии для труднодоступных поселений и объектов Тюменского региона // Мат. 6-й всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии». М.: МГУ им. М. В. Ломоносова. 2009. С. 154 - 163.

6. Коломиец Ю. Г., Попель О. С., Фрид С. Е. Сравнение эффективности использования плоских и вакуумированных солнечных коллекторов для нагрева воды // Мат. 5-й всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии». М.: МГУ им. М. В. Ломоносова. 2006. С. 38.

7. Акулинин А., Смыков В. Оценка возможностей солнечной энергетики на основе точных наземных измерений солнечной радиации // Проблемы региональной энергетики. Электронный журнал. 2008. № 1.

8. Овсянников Е. М., Пшеннов В. Б. Повышение основных технико-экономических показателей электроприводов гелиоустановок // Мат. Междунар. научн. симпозиума, посвященного 140-летию МГТУ «МАМИ». Ч. 3. М.: МГТУ «МАМИ». 2005. C. 57 - 58.

9. Овсянников Е. М., Пшеннов В. Б., Аббасов Э. М. Экономический эффект в результате перехода к пошаговому режиму слежения гелиоустановки за Солнцем // Промышленная энергетика. 2007. № 9. С. 51 - 53.

10. Кутцов В. К., Полянский В. А. Расчет следящего привода: Учеб. пособие. Ковров: Технологический институт. 1993.

11. Фираго Б. И. Теория электропривода: Учеб. пособие. Техноперспектива. 2004.

12. Заборщикова А. В., Мельников В. И. Двигатели постоянного тока для автоматизированного электропривода: Учеб. пособие. СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения. 1994.

Поступила 25.02.2011 г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.