Способ повышения электроэнергетической эффективности солнечной электростанции микро- и малой мощности
METHOD FOR IMPROVING THE ELECTRIC POWER EFFICIENCY OF A MICRO- AND LOW-POWER SOLAR POWER PLANT

Изобретение относится к способу повышения электроэнергетической эффективности солнечных электростанций микро- и малой мощности для объектов мини- и микрогрид.
Предлагаемое изобретение относится к возобновляемым источникам энергии в виде применения технологий гелиоэнергетики в области генерации электрической энергии.
Углеводородные источники энергии в постоянном порядке истощаются на фоне научно-технического развития в большинстве развивающихся стран. Внедрение и эксплуатация объектов гелиоэнергетики в целях электропитания различных потребителей является актуальным и востребованным. Применение двухсторонних (бифациальных) солнечных панелей имеет значительные преимущества при сравнении с односторонними солнечными панелями. Однако мероприятия по повышению электроэнергетической эффективности двухсторонних (бифациальных) солнечных панелей практически отсутствуют. Таким образом, разработка способа повышения электроэнергетической эффективности солнечных электростанций микро- и малой мощности для объектов мини- и микрогрид, где применяются двухсторонние (бифациальные) солнечные панели является актуальным и востребованным.
Известно устройство в виде двухстороннего солнечного коллектора с преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию [патент RU № (19) RU (11) 2569780 (13) С1], содержащее в себе солнечные коллекторы, состоящий из монолитного корпуса, прозрачного ограждения, абсорбера, торцевых крышек, трубки (змеевики), патрубки и т.д. В результате двухстороннего соединения солнечных коллекторов с учетом характера влияния отраженного солнечного излучения достигается повышение коэффициента полезного действия (КПД) по выработке тепловой энергии.
Недостатками данного устройства являются сложности при процедурах монтажа и демонтажа двухстороннего солнечного коллектора, значительные весовые и габаритные параметры, невозможность генерации электрической энергии. Также недостатком данного устройства является значительная зависимость от температуры воздушной среды с учетом невозможности эксплуатации в условиях крайне низких температур.
Известно солнечное устройство с боковой концентрацией [патент RU № (19) RU (11) 2747266 (13) С1], содержащее в себе фотоэлектрическую панель, светоотражающие панели, несущие конструкции, поддерживающая конструкция. В результате концентрации энергии солнечного излучения посредством определенного размещения двух светоотражающих панелей достигается повышение доли солнечной инсоляции на поверхность фотоэлектрической панели. Тем самым, фиксируется повышение выработки и мощности фотоэлектрической панели вследствие применения светоотражающих панелей.
Недостатками данного устройства являются сложности при процедурах производства, монтажа и демонтажа солнечного устройства, относительно высокие габаритные и весовые параметры, наличие риска поломки устройства вследствие влияния значительных ветровых нагрузок. Также недостатком данного устройства является риск повышения температуры поверхности фотоэлектрической панели в летний период эксплуатации вследствие значительной концентрации энергии солнечного излучения.
Известна солнечная гибридная энергетическая установка [патент RU № (19) RU (11) 2755657 (13) С1], содержащее в себе здание, ограждающие конструкции, поверхность крыши, фотоэлектрические панели, зеркальные световые отражатели, защитное стеклянное покрытие, слои силиконового геля и двухсторонний абсорбер. В результате определенного размещения зеркальных световых отражателей, расположенные перпендикулярно относительно крыши здания, достигается увеличение времени работы фотоэлектрических панелей в утренние и вечерние часы и повышается коэффициент использования установленной мощности гелиотехнических устройств.
Недостатками данной установки являются сложности при процедурах монтажа и демонтажа предлагаемой системы на верхней части здания с учетом необходимости выполнения высотных работ, риск увеличения температуры поверхности фотоэлектрических панелей, что повышается вероятность возникновения пожара. Также недостатком данной установки является отсутствие системы охлаждения поверхности фотоэлектрических панелей, которая применяется на летний период эксплуатации.
Известно устройство в виде комбинированной концентраторной фотоэлектрической установки [патент RU № (19) RU (11) 2583317 (13) С1], содержащее в себе двухсторонние фотоэлектрические панели, светоотражающие панели, несущие конструкции, поддерживающие конструкция, система охлаждения поверхности фотоэлектрических панелей и теплообменник. В результате концентрации энергии солнечного излучения с передней и тыльной стороны достигается повышение КПД и выработки двухсторонних фотоэлектрических панелей. Тем самым, фиксируется повышение выработки и мощности двухсторонних фотоэлектрических панелей с учетом возможности охлаждения температуры их поверхности.
Недостатками данной установки являются сложности при процедурах производства, монтажа и демонтажа установки, малая транспортная мобильность установки, наличие риска поломки установки вследствие влияния значительных ветровых нагрузок. Также недостатком данной установки является относительно высокие капитальные затраты на ее производство.
Известна полезная модель в виде фотоэлектрической модули [патент RU № (19) RU (11) 44002 (13) U1], содержащая в себе фотоэлектрический модуль, линзы Френеля, боковые стенки из силикатного стекла, тыльную панель, теплоотводящие основания, плосковыпуклые линзы, фронтальная панель и др. В результате концентрации энергии солнечного излучения с передней стороны достигается повышение КПД и выработки фотоэлектрического модуля посредством применения линзы Френеля. Тем самым, фиксируется повышение общей выработки разрабатываемого фотоэлектрического модуля.
Недостатками данной полезной модели являются относительно небольшая область применения, дороговизна комплектующих фотоэлектрического модуля и сложность в изготовлении с применением дорогостоящих линз Френеля.
Известно изобретение в виде солнечной энергетической установки [патент RU № (19) RU (11) 2476783 (13) С1], содержащее в себе солнечную батарею, линейные фотоприемники, цилиндрические линзы Френеля, отражатели солнечного излучения, мотор-редуктор зенитального вращения, мотор-редуктор азимутального вращения, светочувствительные датчики и др. В результате концентрации энергии солнечного излучения с передней стороны и ориентации поверхностности солнечной батареи на оптимальный угол к источнику солнечного излучения достигается повышение КПД и выработки фотоэлектрического модуля посредством применения линзы Френеля, светочувствительных датчиков и моторов-приводов.
Недостатками данного изобретения являются относительно дороговизна комплектующих предлагаемой энергетической установки, сложность в изготовлении с применением дорогостоящих линз Френеля, возможность некорректной работы по пасмурной погоде и риск разрушения конструкции вследствие влияния значительных ветровых нагрузок.
Известно изобретение в виде способа генерации переменного тока солнечными батареями [патент RU № (19) RU (11) 2699242 (13) С2], содержащее в себе солнечные батареи, приводные двигатели, щеточно-коллекторный аппарат и токосъемное кольцо коллекторного аппарата. В результате оптимального вращения тыльных сторон солнечных батарей достигается преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию.
Недостатками данного изобретения являются незначительная разница по выработке электроэнергии при сравнении с одно- и двухсторонними солнечными панелями, дороговизна в изготовлении, сложность при проведении ремонтных процедур в случае поломки конструкции. Также недостатком данного изобретения является возможность поломки предлагаемой конструкции с приводами при значительных ветровых нагрузках и порывах ветра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является градостроительный энергообразующий комплекс [патент RU № (19) RU (11) 2450111 (13) С1], содержащее в себе солнечную электростанцию, жилые, общественные и производственные здания, ветровые электростанции, айсберги, наземный водоем, опреснительные станции, теплоизоляционный резервуар, водный канал и газовую станцию. В результате «С-образного» размещения жилых зданий, где размещаются ветровые генераторы и солнечных панели достигается определенное повышение выработки ветровых и солнечных электростанций внутри данного градостроительного энергообразующего комплекса.
Недостатками данного изобретения являются значительная дороговизна практической реализации данного градостроительного энергообразующего комплекса, сложность в строительстве данного комплекса и значительная зависимость устойчивого функционирования коммунальных систем от погодных и климатических условий ввиду того, что основная часть электроэнергии вырабатывается от объектов возобновляемой энергетики.
Задача изобретения - обеспечение высокой доли выработки мощности и электроэнергии от солнечных электростанций микро- и малой мощности, где применяются двухсторонние (бифациальные) солнечные панели с учетом возможности снижения установленной мощности солнечной электростанции вследствие повышения ее выработки после внедрения мероприятий по предлагаемому изобретению.
Технический результат - повышение коэффициента полезного действия двухсторонних панелей посредством достижения высокой доли применения энергии солнечного излучения в целях ее преобразования в электрическую энергию.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что двухсторонние солнечные панели размещаются по форме выпуклой дуги со строгой ориентацией на солнечную южную сторону, а также нижняя поверхность покрывается специальным покрытием на основе металлизированной полиэфирной пленки с напылением металла относительно тыльной стороны панели, которая повышает долю отражения энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней солнечной панели.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также способом повышения электроэнергетической эффективности солнечных электростанций микро- и малой мощности, по которому устанавливается повышение выработки мощности и электроэнергии от двухсторонних солнечных панелей посредством их размещения по форме выпуклой дуги со строгой ориентацией на солнечную южную сторону и дополнительным размещением специального покрытия на нижней поверхности относительно тыльной стороны панели.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена общая схема функционирования солнечной электростанции микро- и малой мощности с учетом внедрения предлагаемых мероприятий по повышению ее электроэнергетической эффективности. На фиг. 2 изображен общий вид размещения двухсторонних солнечных панелей по форме выпуклой дуги со строгой ориентацией на солнечную южную сторону. На фиг. 3 изображена фронтальная проекция внешнего вида размещения двухсторонней солнечной панели на нижней поверхности со специальным покрытием.
Способ повышения электроэнергетической эффективности солнечных электростанций микро- и малой мощности на фиг. 1-3 содержит в себе следующие составляющие: двухсторонние солнечные панели 1; наземная несущая конструкция 2; специальное покрытие 3; отапливаемое помещение 4; контроллер заряда 5; система накопления энергии 6; силовой инвертор 7; приемник электроэнергии 8; поддерживающие балки 9; силовая часть электростанции 10; источник солнечного излучения в зависимости от положения 11.
Способ повышения электроэнергетической эффективности солнечных электростанций микро- и малой мощности имеет следующий технологический цикл функционирования: двухсторонняя солнечная панель 1 размещается на несущей конструкции 2, которая находится над нижней поверхностью, покрытой специальным покрытием 3 в виде металлизированной полиэфирной пленки с напылением металла; специальное покрытие 3 увеличивает концентрацию отраженной энергии солнечного излучения на тыльную сторону солнечной панели 1; специальное покрытие 3 нижней поверхности закрепляется на нижней части несущей конструкции солнечной панели 1 посредством применения поддерживающих балок 9; двухсторонние солнечные панели 1 размещаются по форме выпуклой дуги со строгой ориентацией на солнечную южную сторону, где угол между панелями составляет 45°; двухсторонние солнечные панели 1 подключаются к контроллеру заряда 5, где сгенерированная электроэнергия направляется к системе накопления энергии 6, состоящая из секций аккумуляторных батарей, для последующего накопления; накопленная электроэнергия направляется к конечному потребителю 8 через силовой инвертор 7, где выполняется преобразование в переменный ток при напряжении в пределах 198÷232 Вольт; контроллер заряда 5, силовой инвертор 7, система накопления энергии 6 размещаются внутри отапливаемого и кондиционируемого помещения 4.
Пример конкретной реализации способа.
В целях повышения электроэнергетической эффективности солнечной электростанции микро- и малой мощности с двухсторонними солнечными панелями производится их размещение по форме выпуклой дуги со строгой ориентацией на солнечную южную сторону, где угол между панелями составляет 45°. Данные солнечные панели размещаются с применением наземных несущих конструкций, где нижняя поверхность покрывается специальным покрытием на основе металлизированной полиэфирной пленки с напылением металла относительно тыльной стороны панели. Таким образом, достигается повышенное отражение энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней солнечной панели и увеличение КПД солнечных панелей посредством увеличения доли применяемой энергии солнечного излучения для преобразования в электрическую энергию.
Итак, заявляемое изобретение способствует процессу повышения доли отраженной энергии солнечного излучения с последующим повышением КПД двухсторонней солнечной панели независимо от температурных и погодных условий также позволяет применять и использовать данный способ на уже существующих одно- и двухсторонних солнечных панелях.
В результате фиксируется повышение выработки мощности и электроэнергии солнечной электростанции микро- и малой мощности.