CC BY
13УДК 621.311.25
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С
СОЛНЕЧНЫМИ ТРЕКЕРАМИ
Немальцев А.Ю., ведущий инженер по работе с проектными институтами, АО «Завод
«Инвертор», Оренбург
e-mail: [email protected]
Байкасенов Д.К., студент группы 17ЭЭ(м)АЭСК, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: [email protected]
Научный руководитель: Митрофанов С.В., канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой электро- и теплоэнергетики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Эксплуатация электрических станций, работающих на органическом топливе, приводит к выбросу в окружающую среду парниковых газов, что негативно сказывается на экологической обстановке во всем мире. Использование возобновляемых источников энергии (энергии солнца, ветра, волн и т.д.) позволит избежать проблемы возникновения глобального потепления климата. Как показывает мировая практика, предпочтение отдается солнечным электростанциям (СЭС), как неисчерпаемому, наиболее распространенному, экологически чистому источнику энергии. Работа посвящена анализу современной зарубежной научно-технической литературы по разработке СЭС с системами слежения за солнцем.
Ключевые слова: солнечные электростанции, системы слежения за солнцем, повышение энергоэффективности солнечных электростанций, солнечные трекеры, энергоэффективные фотоэлектрические установки.
Системы слежения за солнцем (солнечные трекеры) применяются для повышения энергетической эффективности использования гелиостанций [1] во всем мире. В статье [1] подробно рассмотрены разработки отечественных исследователей, которые внесли вклад в развитие следящих систем. В настоящей статье приведена актуальная информация о техническом уровне развития солнечных трекеров за границей.
В первую очередь, рассмотрению подлежат однокоординатные следящие системы, отличающиеся наличием вертикальной рисунок 1 , а), горизонтальной рисунок 1, б) или наклонной осей вращения рисунок 1, в) [2].
Исследователи М. Саранья Наир и Каран Бхатия (Технологический институт Веллора, Ченнай, Тамилнаду, Индия), разработали и испытали однокоординатный солнечный трекер для СЭС, которая обеспечивает электроснабжение фермерской системы орошения [2]. Эффективность разработки, по сравнению со статическими модулями солнечных батарей (СБ) - составила 52,8 %. Авторы считают, что размещение линз на поверхности солнечных панелей позволит концентрировать большее количество солнечного света, а следовательно значительно повысить производительность фотоэлектрической установки (ФЭУ).
В работе исследователей Анатолийского государственного университета (Турция) [3] описано проектирование гибридной системы, включающей в себя 37 солнечных панелей, каждая мощностью по 260 Вт, причем суммарная мощность СБ, расположенных статично на земле составляет 3 кВт, динамично расположенных - 3 кВт, мощность батарей, установленных на крыше здания - 4 кВт. Кроме того, система дополнена установкой ветряной турбины, мощностью 1 кВт. Согласно проведенным экспериментам, применение однокоординатного солнечного трекера в регионе Эскишехир позволило увеличить выработку электроэнергии на 33 %, относительно статично расположенных модулей СБ.
Г
3. Ю-
•с
\в
а)
3
ю
б)
с в
в)
Рисунок 1 - Однокоординатные солнечные трекеры (Примечание: а) с вертикальной осью вращения; б) с горизонтальной осью вращения; в) с наклонной осью вращения)
Ученые Мичиганского университета (США) при разработке солнечного концентратора использовали принцип оригами [4]. С целью достижения наибольшей энергоэффективности установки, концентратор оснащен трекером с одной степенью свободы.
На рисунке 2 представлена двухкоординатная система слежения, позволяющая отслеживать положение солнца по двум осям (по азимуту и углу места).
3- ^с
ю— ^
Рисунок 2 - Двухкоординатный солнечный трекер
Профессорами К. Азизи (Догский университет, Турция) и А. Гаффари (Технологический университет Кхадж Насир Тоози, Иран) создана высокоточная двухкоординатная система непрерывного слежения за Солнцем [5]. Для исключения ошибочного позиционирования динамично расположенных модулей солнечных батарей разработан алгоритм анализа изображений в МаАаЬ. Солнечные лучи проецируют на экран устройства формирования изображений яркое пятно. Координаты пятна используются контроллером нечеткой логики для наведения фотоэлектрического модуля на солнце.
Исследователями из Тайваня разработан макет гелиотрекера с двумя степенями свободы [6]. Система слежения представлена четырьмя фоторезисторами и двухкоординатным поворотным устройством «ЬШп РИ 303». Экспериментально подтверждена эффективность разработки, так в пасмурную погоду, благодаря использованию следящей системы удалось повысить коэффициент полезного действия (КПД) ФЭУ на 28,31 %.
Сотрудниками инженерного колледжа г. Тирученгод (Индия) спроектирована ФЭУ с двухкоординатным солнечным трекером [7]. Контроллер слежения за солнцем, также как и в предыдущей разработке, представлен фоторезисторами. Отличие лишь в поворотном
устройстве - в данной СЭС используются два двигателя постоянного тока. Относительно фиксированных модулей СБ, применение следящей системы по двум осям позволило увеличить производительность установки примерно на 40 %.
Вывод. Проведенный анализ зарубежной научно-технической литературы по разработке систем слежения СЭС позволил выявить, что солнечные трекеры пока не нашли массового применения в промышленном секторе и в основном эксплуатируются для проведения лабораторных исследований.
Литература
1. Митрофанов, С.В. Солнечные электростанции с системами слежения за Солнцем / С.В. Митрофанов, Д.К. Байкасенов, А.Ю. Немальцев // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры материалы Всероссийской научно -методической конференции. Оренбургский государственный университет, 2018. - С. 29662970.
2. Saranya Nair, M. A solar tracker assisted automatic irrigation system for agricultural fields / M. Saranya Nair, Karan Bhatia // International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET) - 2017. - Vol. 8. - No. 10. - P. 279-287.
3. Filik, T. Efficiency analysis of the solar tracking PV systems in Eski§ehir region / T. Filik, U.B. Filik // Anadolu university journal of science and technology A - Applied Sciences and Engineering - 2017. - Vol. 18. - No 1. - P. 209-217.
4. Lee, K. Origami Solar-Tracking Concentrator Array for Planar Photovoltaics / K. Lee [et al.] // ACS Photonics - 2016. - Vol. 3. - No 11. - P. 2134-2140.
5. Azizi, K. Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing / K. Azizi, A. Ghaffari // International Journal of Photoenergy - 2013. - Vol. 2013. - P. 1-7.
6. Wang, J.-M. Design and Implementation of a Sun Tracker with a Dual-Axis Single Motor for an Optical Sensor-Based Photovoltaic System / J.-M. Wang, C.-L. Lu // Sensors - 2013. - Vol. 13. - Iss. 3 - P. 3157-3168.
8. Magibalan S. Fabrication of dual axis solar tracking system / S. Magibalan, M. Saravanan, G. Sathees kumar, G. Sathish, C. Saravanan // International Journal of Emerging Technologies and Innovative Research. - 2018. - Vol. 5. - Iss. 3. - P. 1109-1113.
