Диссертация (Исследование систем энергоснабжения на основе солнечной энергии для потребителей в отдаленных районах в Боливарианской Республике Венесуэла), страница 11

Мощность его, следовательно, определяется на основанииприведенного ниже уравнения. = {1 − 0,004∆}.(3.6)Это выражение указывает на то, что при росте на каждый градусЦельсия рабочей температуры СЭ выше температуры стандартных условийиспытаний (STC), и выходная мощность кристаллических кремниевых СЭуменьшается примерно на 0,4%.

Так как сила тока увеличиваетсязначительно меньше, чем падает напряжение, происходит снижениемощности при более высокой температуре эксплуатации СЭ. На рис. 3.5можно наблюдать влияние температуры на выходную мощность СЭ приразличных рабочих температурах [43].Рис. 3.5. Энергетические характеристики СЭ при разных значениях температуры863.2.

Характеристики солнечного модуля на основе кристаллическогокремния3.2.1. Влияниетемпературынаэнергетическиехарактеристикисолнечного модуля на основе кристаллического кремнияДля расчёта температуры поверхности СМ необходимы следующиеданные: NOCТ – нормальная температура эксплуатации СЭ, то естьтемпература фотоэлементов в СМ при температуре воздуха 20°C, солнечномизлучении 800 Вт/м2 и скорости ветра 1 м/с; То.с – температура окружающейсреды, °С; R – поступление СР, Вт/м2.

Как видно из формулы (3.7),температура СМ (Тсм) зависит от температуры окружающей среды (То.с)и поступления СР (R) [44]:Т см  Т о.с RN OCT  20C  .800(3.7)КПД солнечного модуля зависит от его температуры и очевидениз следующего уравнения [45,46]: см   0 1   Tсм  25С  ,(3.8)где ηСМ – КПД солнечного модуля, %; η0 – КПД СМ при 25°С, %;Тсм – температура СМ, °С;  – температурный коэффициент мощности, °С-1.3.3.Характеристикисолнечногомодулясголографическимконцентратором3.3.1. Общие положенияСМ с голографическим концентратором основан на использованииголографическихдифракционныхрешеток,которыесосредотачиваютнаиболее полезные части солнечного спектра на поверхности СЭ, тем самымограничиваяобъемГолографическиеконструкцию,необходимогодифракционныедостаточную,солнечногорешеткичтобыизлучениямогутмаксимальноиметь[47,48].недорогуюсоответствоватьспектральной чувствительности СЭ (спектральное разделение), а также дляувеличениянеобходимогокоэффициентаконцентрации,чтобы87оптимизировать внутреннее отражение солнечного излучения, пассивноотслеживать солнце через суточные и сезонные изменения (разные углы) безприменения дорогостоящих систем слежения.

Это позволяет значительноснизить стоимость фотоэлектрической системы [49-51].Существует два различных компонента СР поступают на СЭ:солнечная радиация, непосредственно освещающая площадь СЭ,солнечная радиация, отражающаяся площадью голограммы на СЭ, этадифрагированная СР может достигать СЭ непосредственно или послеполного внутреннего отражения в толще воздушного субстрата.Этот субстрат направляет дифрагированную СР на поверхность СЭ,последний имеет больший коэффициент преломления, чем субстрат, чтопозволяет СР попадать на СЭ и преобразовываться в электрический ток.На рис.

3.6 представлена принципиальная схема СМ с голографическимконцентратором.Рис. 3.6. Схема СМ с голографическим концентратором1 ̶ поступление солнечной радиации; 2 ̶ голографическая пленка; 3 ̶ солнечныйэлемент.3.3.2. Влияниетемпературынаэнергетическиехарактеристикисолнечного модуля с голографическим концентраторомГолографический концентратор предназначен для выбора толькополезной части солнечного спектра для концентрации на СЭ. Это уменьшаетэффект нагревания, который влияет на КПД фотоэлемента.Параметр для определения взаимосвязи между рабочей температуройСМ, температурой окружающей среды и интенсивностью СР на модуль,88называетсякоэффициентомРосса.Коэффициент Россаможетбытьиспользован для определения температуры СМ для различных условийохлаждения среды, в которой работает СМ.

Таблица 3.2 показываетиспользуемые коэффициенты Росса для различных условий монтажа СМи условий окружающей среды [49,51].Таблица 3.2Коэффициенты Росса для различных условий монтажа СМ и условий окружающейсредыРазличные условие монтажа СМХорошо охлажденныйСвободная установкаНа крышеНе достаточно охлажденныйПрозрачныйИнтегрированный в конструкциюзданияНа наклонной крышеКоэффициентРосса (°С.m2/Вт)0,020,02080,0260,03420,04550,05380,0563Для определения рабочей температуры СМ с голографическимконцентратором используется формула (3.9):Тсм=То.с+к.R,(3.9)где То.с – температура окружающей среды в расчетной точке, °С;к – коэффициент Росса, °С.м2/Вт; R – поступление СР, попадающейна поверхность СЭ, Вт/м2.

КПД СМ с голографическим концентраторомрассчитается по формуле (3.8).3.4.Исследование влияния системы водяного охлаждения солнечногомодуля на его энергетические характеристики3.4.1. Общие положенияДляэлектроснабженияавтономныхпотребителейВенесуэлыпредполагается исследовать возможность использования как СМ на основекристаллического кремния, так и СМ с голографическим концентратором.Учитывая экваториальное положение страны и весьма высокие дневные89температуры, можно ожидать существенного снижения энергоотдачикремниевыхСМ.Однимизспособов,позволяющихуменьшитьотрицательное влияние повышенной температуры поверхности модуля,является использование системы водяного охлаждения (см. рис. 3.7).Рис.

3.7. Схема системы охлаждения СМ1 ̶ поступление солнечной радиации; 2 ̶ стеклянное покрытие; 3 ̶ длина трубы;4 ̶ толщина поглотителя; 5 ̶ теплообменник; 6 ̶ диаметр трубы; 7 ̶ расстояниемежду трубами; 8 ̶ поглотитель; 9 ̶ солнечный модуль.Солнечный модуль с водяным охлаждением представляет собойсоединениеСМ,расположенногосверху,иводяногоколлектора,находящегося снизу. При возрастании температуры СМ эффективность егоуменьшается, вода же отводит тепло от СМ, в результате чего температурапонижается и, следовательно, его эффективность возрастает.Таким образом, наличие системы водяного охлаждения позволяетснизить отрицательное влияние высокой температуры СМ, и, кроме того,получить подогретую воду, которая может использоваться для нужд горячеговодоснабжения.На рис.

3.7 представлена схема СМ с охлаждением, на которой видно,что трубы работают как теплообменник, охлаждающий СМ; между трубамитеплообменникаразмещенпоглотительтолщинойδ.Каждыйиз компонентов, показанных на рис. 3.7, характеризуется различнымипараметрами:этокоэффициентыпоглощения(),излучения(),90отражения () и пропускания (). Они обычно связаны отношениями[52-66]:()+()+() = 1.(3.10)() = ().Для определения тепловой эффективности системы охлажденияв работе используется зависимость.A  qTо.с LmC p qTо.с   Tо.с  Tвх  1  exp  mCRLW qTо.с  p ,(3.11)где ηА – тепловая эффективность охлаждения системы, %; m – массовыйрасходводы,кг/с;Ср–удельнаятеплоемкостьводы,Дж/кг.К;R – поступление СР, Вт/м 2; Lт – длина трубы, м; W – расстояние междутрубами, м; Tо.с – температура окружающей среды, К; Tвх – температуравходящей воды, К; q(Tо.с) – удельная тепловая мощность, поглощаемаяребром поглотителя, Вт/м; q‫(׳‬Tо.с) – производная по Tо.с удельной тепловоймощности поглощения, согласно выражению Вт/м.К, согласно выражению. 443q Tо.с   WF Tо.с S  W F Tо.с FR Tо.с Tо.с  F Tо.с FR Tо.с Tо.с  4 F Tо.с FR Tо.с Tо.с WU L TО,С  Т О,С F TО,С ,(3.12)где F(То.с) – коэффициент эффективности поглотителя; FR – коэффициентпотерь излучения; F'RUL–коэффициент–производная коэффициента потерь излучения;тепловыхпотерь,Вт/м2.К;̶постояннаяСтефана-Больцмана, 5,67·10-8 Вт/м2.K4; S – поглощение СР поглотителем,Вт/м2; F'(То.с) – производная коэффициента эффективности поглотителя.В свою очередь.W DF f Tо.с1   4 FRDFR Tо.с    W D1 F fD ,где Ff – коэффициент эффективности ребра, D – диаметр трубы.(3.13)91F Tо.с   DW DFf1 WD2 12 FRTо.с U AFW D 3 U L 1  D F f  4 FRTо.с  1  U AF2,(3.14)где UAF – коэффициент теплопередачи от поглотителя к циркулирующейводе, Вт/м 2.К.,qT   WF T  S  FR T T 4  U L T  Tо.с (3.15)где Т – температура циркулирующей воды, К.Tо4.сW DFf1 DT4FR (T ) W DFf 1 DFR ,DW DFf 1 WDF T  ,W D 3F f   4 FRT U L 1 D1U AFUL W D Tо.с F f U AaD, W DFf 1 D(3.16)(3.17)U Aa (3.18)где U'Aa – коэффициент теплопотерь поглотителя, Вт/м 2.К. W  D  tanh 2,Ff W  D2(3.19)где U''Aa – модифицированный коэффициент теплопотерь поглотителя,Вт/м2.К. 2  U Aa Ta k 1 ,(3.20)92где k – теплопроводность поглотителя, Вт/м.К; δ – толщина поглотителя, м. Ta   U Aa  4FRTa3 ,U Aa(3.21)U     0  R ,S    c s A  SA c SU SA  U Sa  cR (3.22)коэффициент теплопередачи от СМ к поглотителю, Вт/м 2.К;где USA ̶USa ̶ коэффициент теплопередачи от СМ в окружающую среду, Вт/м 2.К;с ̶удельная теплоемкость поглотителя, Дж/кг.К; η0 – КПД солнечногомодуля, %; εAαA ̶коэффициент излучения и поглощения поглотителя,εАαS ̶ коэффициент излучения поглотителя и поглощения солнечного модуля,CαS ̶ коэффициент пропускания стеклянного покрытия и поглощения СМ,CαSαА ̶ коэффициент пропускания стеклянного покрытия, поглощения СМи поглощения поглотителя.U SA A S   ,FR    A A U SA  U Sa  cR (3.23)где αS ̶ коэффициент поглощения солнечного модуля.U Aa  U Aa СиU SA U Sa  cR ,U SA  U Sa  cR(3.24)зависимостямитехнических(3.10) ̶параметрах(3.24)системыприизвестнойохлажденияконструкцииможнорассчитатьэффективность, ее использование, а также выявить, какие параметрыоказываютнаиболеезаметноевлияниенарежимработысистемыохлаждения.3.4.2.