ТЕПЛОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПАРАБОЛОИДНОГО ТИПА

Аннотация

В статье представлены результаты разработки и исследования солнечного теплофотоэлектрического модуля с концентраторами солнечного излучения параболоидного типа. В состав солнечного модуля входит составной концентратор, который обеспечивает равномерную освещённость концентрированным солнечным излучением по поверхности цилиндрического теплофотоэлектрического фотоприёмника в виде алюминиевого радиатора с фотоэлектрическими преобразователями. Разработанная методика расчёта рабочего профиля концентратора позволяет обеспечивать необходимое распределение освещённости в его фокальной области. На поверхности радиатора с помощью микродугового оксидирования образован тонкий теплопроводный слой диэлектрика, на котором закреплены планарные и матричные фотоэлектрические преобразователи. При засветке концентрированным солнечным излучением электрическая эффективность специально разработанных матричных фотоэлектрических преобразователей увеличивается, а отбираемая теплоносителем теплота увеличивает общую эффективность солнечного модуля. Для визуализации теплового состояния радиатора водяного охлаждения фотоэлектрических преобразователей разработана методика расчёта, которая реализуется в программном комплексе конечно-элементного анализа Ansys и позволяет визуализировать тепловые поля и течения теплоносителя в радиаторе. В результате проведённых исследований концентраторного теплофотоэлектрического модуля получено увеличение эффективности матричных фотоэлектрических преобразователей с одновременным получением тёплой воды на выходе. Равномерное освещение фотоэлектрических преобразователей концентрированным солнечным излучением обеспечивает оптимальный режим их работы. Получаемую электрическую и тепловую энергию потребитель может использовать в автономном или параллельном с существующей энергосетью энергоснабжении.

Предмет исследования: концентратор солнечного излучения параболоидного типа, обеспечивающий равномерную освещённость концентрированным излучением поверхность теплофотоэлектрического фотоприёмника с кремниевыми планарными и матричными фотоэлектрическими преобразователями, отводимое от которых тепло используется потребителем, увеличивая, таким образом, общую эффективность модуля.

Материалы и методы: для создания конструкторской документации солнечного модуля применялась система автоматизированного проектирования КОМПАС 3D; для моделирования и визуализации теплового состояния радиатора водяного охлаждения с фотоэлектрическими преобразователями применялась система конечно-элементного анализа ANSYS; для электрической изоляции поверхности алюминиевого радиатора применялась технология микродугового оксидирования; для изготовления фотоприёмника солнечного модуля применялась технология капсулирования двухкомпонентным полисилоксановым компаундом; для натурных испытаний солнечного теплофотоэлектрического модуля использовалась измерительная система, позволяющая записывать электрические и температурные показатели модуля.

Результаты: в результате проведённых расчетов и исследований разработан, изготовлен и испытан солнечный теплофотоэлектрический модуль с концентраторами солнечного излучения параболоидного типа с матричными фотоэлектрическими преобразователями, на поверхности которых образуется равномерная освещённость, их электрическая эффективность увеличивается, а с помощью отводимой теплоты появляется возможность увеличить общую эффективность солнечного модуля.

Выводы: разработаны методики, которые позволяют рассчитывать рабочий профиль концентратора солнечного излучения параболоидного типа, обеспечивающий равномерную освещенность в фокальной области, и визуализировать с помощью системы конечно-элементного анализа тепловое состояние и течения теплоносителя радиатора, находящегося в фокусе концентратора. Электрическая эффективность матричных фотоэлектрических преобразователей увеличивается в потоке концентрированного солнечного потока благодаря равномерности освещённости. Теплоноситель, отбирая тепло от фотоэлектрических преобразователей, охлаждает их, увеличивая таким образом их электрическую эффективность, а полученное тепло может использоваться потребителем. Таким образом, увеличивается не только электрическая эффективность модуля, но и тепловая, что увеличивает общую эффективность модуля. Получаемую электрическую и тепловую энергию от солнечного теплофотоэлектрического модуля потребитель может использовать в автономной или параллельной с существующей сетью энергосистеме.