ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАБОТЫ СОЛНЕЧНОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Полезная модель относится к учебной технике и, в частности к стендам для проведения лабораторных исследований процессов преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и изучения режимов работы солнечных фотоэлектрических электростанций, и может быть использована при обучении студентов и учащихся в высших, средних и начальных профессиональных образовательных учреждениях.
Известен лабораторный стенд для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции, описанный в патенте Российской федерации №91776 на полезную модель «Лабораторный стенд для изучения характеристик солнечных фотоэлектрических модулей» по классу G09B 23/18, заявленном 26.10.2009 г. и опубликованном 27.02.2010 г.
Данный лабораторный стенд для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции содержит источник светового излучения на основе ламп накаливания, оптически связанный с ним солнечный фотоэлектрический модуль, блок охлаждения солнечного фотоэлектрического модуля и электрическую нагрузку.
Недостатком известного лабораторного стенда для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции является его низкий коэффициент полезного действия, определяемый как отношение количества электрической энергии, поступающей на нагрузку, к количеству электрической энергии, потребляемой стендом. Данный недостаток обусловлен тем, что коэффициент полезного действия ламп накаливания при преобразовании в них электрической энергии в световую невысок и составляет всего несколько процентов, вследствие чего приходится использовать источник светового излучения с лампами большей мощности, и на освещение фотоэлектрического модуля затрачивается значительно больше электрической энергии, чем ее генерирует сам фотоэлектрический модуль.
Таким образом, известный лабораторный стенд имеет низкий коэффициент полезного действия.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение коэффициента полезного действия стенда для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является обеспечение возможности использования при проведении экспериментов на лабораторном стенде источника светового излучения с лампами накаливания меньшей номинальной мощности.
Указанный результат достигается тем, что в лабораторном стенде для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции, содержащем источник светового излучения на основе ламп накаливания, оптически связанный с ним солнечный фотоэлектрический модуль и электрическую нагрузку, согласно полезной модели, дополнительно введен усилитель мощности, включенный между солнечным фотоэлектрическим модулем и электрической нагрузкой.
Снабжение лабораторного стенда для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции усилителем мощности, включенным между солнечным фотоэлектрическим модулем и электрической нагрузкой, позволяет использовать при проведении экспериментов на таком лабораторном стенде источник светового излучения с лампами накаливания меньшей номинальной мощности при сохранении электрической мощности, получаемой на входе нагрузки, что дает возможность повысить коэффициент полезного действия лабораторного стенда.
Заявляемый лабораторный стенд для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что в него дополнительно введен усилитель мощности, включенный между солнечным фотоэлектрическим модулем и электрической нагрузкой.
Заявляемый лабораторный стенд для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции может найти широкое применение в качестве учебной техники для проведения лабораторных исследований процессов преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и изучения режимов работы солнечных фотоэлектрических электростанций, и может быть использован при обучении студентов и учащихся в высших, средних и начальных профессиональных образовательных учреждениях, поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид лабораторного стенда.
Лабораторный стенд для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции, представленный на чертеже, содержит источник 1 светового излучения на основе ламп накаливания, свет которого падает на поверхность оптически связанного с ним солнечного фотоэлектрического модуля 2, и подключенную к модулю 2 через усилитель 3 мощности электрическую нагрузку 4 для потребления электрической энергии.
Выполнение всех частей лабораторного стенда является традиционным, и используются все его части по прямому назначению.
Работа с лабораторным стендом для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции осуществляется следующим образом.
Для проведения лабораторной работы включают источник 1 светового излучения, усилитель 3 мощности и нагрузку 4 для потребления электрической энергии (цепи питания указанных частей лабораторного стенда на чертеже не показаны).
Согласно прилагаемым к стенду методическому пособию и техническому описанию задают разные режимы работы источника 1 светового излучения, нагрузки 4 для потребления электрической энергии, выполненной в виде активной нагрузки, и изучают работу солнечной фотоэлектрической электростанции.
Включение между солнечным фотоэлектрическим модулем 2 и нагрузкой 4 для потребления электрической энергии усилителя 3 мощности позволяет использовать источник 1 светового излучения с лампами накаливания меньшей номинальной мощности без снижения электрической мощности, получаемой на входе нагрузки и, следовательно, затрачивать меньше электрической энергии на проведение экспериментов. Это обусловлено более высоким (более 30%) коэффициентом полезного действия усилителя 3 мощности, по сравнению с коэффициентом полезного действия по преобразованию энергии в цепи: источник 1 светового излучения - фотоэлектрический модуль 2 (менее 5%). Количественно оценить коэффициент полезного действия η стенда можно по формуле, полученной из баланса энергий лабораторного стенда:
у
где к - коэффициент усиления усилителя мощности;
у
η - коэффициент полезного действия усилителя мощности;
ф
η - коэффициент полезного действия по преобразованию энергии в цепи: источник 1 светового излучения - фотоэлектрический модуль 2.
у
у
Из формулы видно, что при наличии усилителя мощности (к>1) коэффициент полезного действия η стенда выше, чем при его отсутствии (к=1).
Таким образом, заявляемая полезная модель по сравнению с прототипом имеет более высокий коэффициент полезного действия стенда для изучения работы солнечной фотоэлектрической электростанции за счет обеспечения возможности использования при проведении экспериментов на лабораторном стенде источника светового излучения с лампами накаливания меньшей номинальной мощности.