Диссертация (Исследование систем энергоснабжения на основе солнечной энергии для потребителей в отдаленных районах в Боливарианской Республике Венесуэла), страница 10

Приход солнечной энергии на горизонтальнуюприёмную площадку (Т.е. β=0˚) составил Эгодβ=1615,53 кВт.ч/м2.год.Исследование оптимизации угла наклона приёмной площадки постоянногов течение года позволило лишь на 1,1% увеличить приход солнечной энергиии составило 1633,21 кВт.ч/м2.год. Это объясняется тем, что оптимальныйугол наклонаприэтом оказался оченьмалым-всего 10 градусов.При осуществлении оптимального слежения за Солнцем в течение каждогомесяца была получена удельная энергия равная Эгод=1706,11 кВт.ч/м2.год(на 5,6% больше, чем для горизонтальной приёмной площадки).В настоящее время использование СМ дляэлектроснабженияпотребителей стремительно растет, причем на рынке СМ представленыразличные типы, которые отличаются друг от друга конструкцией,технологией изготовления и материалами, из которых производятся.78ПомимокремниевыхСМ,всеширеприменяютсяСМс концентраторами.

Они представляют собой отличную альтернативу дляпроизводства чистой энергии и также обладают самым высоким КПД из всехсуществующих фотоэлектрических технологий.Тем не менее, есть еще много вопросов и проблем, которые предстоитразрешить. Две из них - это экономические затраты на систему слеженияза Солнцем и СЭ, поскольку в СМ с концентраторами необходимоинтегрировать дорогие высокоэффективные СЭ, специально созданные дляработы при высоких уровнях излучения.

Современные исследованияи разработки стремительно повышают их конкурентоспособность с цельюобеспечения дальнейшего значительного сокращения затрат и повышенияКПД СМ.Согласнопрогнозам,достижениясолнечнойэнергетикибудутнепрерывно прогрессировать в части совершенствования существующихтехнологий и разработке новых технологий. То есть, в будущем ожидаетсяширокое разнообразие вариантов СМ в области солнечной энергетики.793. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХНА ВЫРАБАТЫВАЕМУЮ ЭНЕРГИЮ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙРАЗЛИЧНОГО ТИПА3.1.Влияние основных параметров на поведение солнечных модулей3.1.1. Общие положенияКоличествоэнергии,котороевырабатываетСМ,определяетсянесколькими взаимозависимыми факторами [41].

Некоторые из этихфакторов связаны с природными характеристиками, на которые невозможноповлиять. Другие связаны с конструкцией СМ и неотъемлемыми свойствамииспользуемых компонентов. Среди факторов, которые влияют на выходэнергии СМ существуют:солнечное излучение в точке установки приемника,временные затемнения (например, загрязнение воздуха, другие факторы),ориентация СМ,номинальная мощность СМ,рабочие температуры и температурные коэффициенты,зависимостьмаксимальноймощностиотуровняинтенсивностисолнечного излучения,вариации солнечного спектра,оптические потери из-за больших углов падения солнечного излучения,деградация компонентов СМ,сопротивление проводки и клемм,потери эффективности инвертора,эффективность точки максимальной мощности (ТММ),Принимая во внимание перечисленные факторы, далее будут описаныосновные, которые влияют на эффективность СМ, таких как: солнечноеизлучение, спектральная чувствительность, эффективность параметров СЭ,80влияниесолнечногоизлученияитемпературынаэнергетическиехарактеристики СЭ.3.1.2.

Солнечное излучениеКаждую секунду Солнце высвобождает огромное количество энергии.Энергия, выделяемая Солнцем, распространяется в космосе в виде радиации.Из-за большого расстояния между Землей и Солнцем (149,6x106 км) лишьмалая доля поступает в атмосферу Земли.Солнечное излучение, приходящее на Землю, распределяется междуразличными длинами волн. В зависимости от этого, спектральный диапазонсолнечного излучения разделен неравномерно на три основные области:ультрафиолетовую (λ<400 нм) составляет менее 9% от всей излучаемойэнергии; видимую (400 нм<λ<700 нм) ̶ 39% всей энергии и инфракрасную(λ > 700 нм ) около 52% (см. рис.

3.1).Рис. 3.1. Спектральная плотность интенсивности излучения AM0 и АМ1.5 при1000 Вт/м2 в стандарте IEC60904-3 и диапазон длин волн, используемых различнымифотоэлектрическими технологиями модулейВлияние атмосферы на спектральное излучение зависит от длины путии свойств оптической пропускаемости, где ослаблением спектральногоизлучения является экспоненциальная функция расстояния, по которомупроходит излучение. Атмосферная масса (AM) определяется как отношениефактического расстояния к пути кратчайшего расстояния.

На рис. 3.1, AM081указывает на нулевое значение воздушной массы эталонного спектра,измеренное за пределами земной атмосферы. АМ значение определяетсяпо следующей формуле. =1()=1,(3.1)()где AM – атмосферная масса, о.е; θ – угол, отсчитываемый от вертикали(зенитный угол), град; ⍺ – угол высоты Солнца над горизонтом, град.3.1.3.

Спектральная чувствительностьИспользуемаячувствительностьюспектральнаяСЭ,энергияиспользуемыхвСолнцаограничиваетсяпроцессепреобразования.Доступный солнечный спектр может быть вычислен путем расчета:солнечный спектр (S) умножается на чувствительность (R) СЭ.(, ) = (, ). (, ).(3.2)В результате спектральная чувствительность СЭ (SR) зависит от типатехнологии СЭ, потому что они реагируют по-разному на разные длины волнсолнечногоизлучения.Например,кристаллическийкремнийможетиспользовать весь видимый спектр плюс определенную часть областиинфракрасного спектра. Тем не менее, энергии в инфракрасном спектре,а также в зоне больших длин волн излучения недостаточно для возбужденияэлектронов в полупроводниковом материале, чтобы вызвать электрическийток.

Напротив, более высокие энергии излучения способны создатьфотоэффект. Однако большая часть этой энергии также непригоднадля использования. Следовательно, излучение в диапазонах высокихи низких энергий не могут быть использованы в СЭ для выработкиэлектроэнергии, и вместо этого, рассеивается в СЭ в виде тепловой энергии.3.1.4. Эффективность параметров солнечного элементаСолнечныеэлементыизготавливаютсяизматериалов,которыепреобразуют солнечное излучение в электричество; это достигается тогда,когда они подвергаются воздействию солнечного излучения. Для анализа82энергетических характеристик СЭ на рис. 3.2 представлена электрическаясхема замещения СЭ. Данная эквивалентная схема включает в себя генераторфототока, диод, шунтирующее (Rш) и последовательное (Rп) сопротивления[42].Рис.

3.2. Электрическая схема замещения СЭВ соответствии с этой схемой замещения СЭ, показанной на рис. 3.2,можно записать:I=IФ - IД -IШ ,(3.3)где I – ток нагрузки, А; Iф – фототок, протекающий через p-n переход, А;IД – ток, протекающий через диод, А; Iш – ток, протекающий черезшунтирующее сопротивление, А. Выразив величины токов через физическиепараметрыСЭ,получиманалитическоевыражениевольтампернойхарактеристики (ВАХ) в следующем виде: q UА.кI..ТRП   U  I .R ПI  I Ф  I 0  e 1 ,RШ(3.4)где I0 – обратный ток насыщения, А;U – выходное напряжение, В;Rш – шунтирующее сопротивление СЭ, Ом; RП – последовательноесопротивление СЭ, Ом; q – заряд электрона, равный1,6·10-19 Кл;k – постоянная Больцмана, равная 1,38·10-23 Дж/К = 0,86·10-4 эВ/К;А – параметр ВАХ СЭ, называемый диодным фактором; Т – абсолютнаятемпература СЭ, K.Эффективность СЭ, как правило, характеризуется вольт-ампернойхарактеристики (ВАХ) СЭ.

Для нее можно выделить два характерныхпараметра ̶ напряжение холостого хода (Uxx), при котором ток равен нулю83и ток короткого замыкания (Iкз), при котором напряжение равно нулю. Этокрайние точки ВАХ, в которых мощность СЭ равна нулю. Максимальныезначения тока и напряжения (Imax,Umax) при постоянном значенииосвещенности и температуры определяют точку максимальной мощности.На рис. 3.3 показан типовой ВАХ СЭ.Рис. 3.3. Вольт-амперная характеристика СЭ3.1.5. Влияние солнечного излучения на энергетические характеристикисолнечного элементаВыходная мощность СЭ зависит от солнечного излучения.

Токкороткого замыкания СЭ линейно пропорционально солнечному излучению,в то время как напряжение холостого хода экспоненциально возрастает домаксимального значения с увеличением падающего излучения, и ононезначительно изменяется с интенсивностью солнечного излучения.Рис. 3.4. Энергетические характеристики СЭ при разных значениях солнечногоизлучения84На рис.

3.4 показано отношение между напряжением и током СЭв зависимость от прихода солнечного излучения.3.1.6. Влияниетемпературынаэнергетическиехарактеристикисолнечного элементаТемпература, при которой работают СМ, является одним из ключевыхфакторов, определяющих КПД. СЭ имеют ограниченный КПД, что означает,что онине всостояниипреобразовать всю полученнуюэнергиюв электричество; остальная энергия при этом преобразуется в тепло.Повышенная температура в СЭ вызывает уменьшение ширины запрещеннойзоны полупроводника. То есть, с ростом температуры ширина зоныуменьшается и ток насыщения увеличивается из-за меньшей энергии,необходимой для образования электронно-дырочных пар и, следовательно,ток короткого замыкания незначительно увеличивается, в то время какнапряжение холостого ходауменьшается иприводит к заметномууменьшению доступного максимума мощности.Температурная зависимость напряжения холостого хода СЭ зависитот фотоэлектрических технологий. Такое свойство фотоэлементов известнокак температурный коэффициент мощности СЭ.

В таблице 3.1 представленытемпературные коэффициенты мощности различных фотоэлектрическихтехнологий.Таблица 3.1Температурные коэффициенты мощности различных фотоэлектрическихтехнологийФотоэлектрическаятехнологияmono c-Sipoly c-Siα-Siα-Si/μc-SiCIGSCdTeТемпературныйкоэффициентмощности(%/°С)-0,40-0,45-0,20-0,26-0,36-0,2585Количественно влияние температуры на значение выдаваемой мощностиСЭ можно оценить. = {1 + . ∆},(3.5)где N – мощность фотоэлемента, Вт; No – мощность фотоэлемента при 25°C,Вт; β – температурный коэффициент мощности, °С-1; Т – повышениетемпературы фотоэлемента, °С.Для СЭ из монокристаллического кремния, β примерно равен0,40 (%/ °С).