СОЛНЕЧНАЯ PV/T ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Нестеренков А.Г., Абдуллаев К.А.

АО «КазНИИ Энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина» Республика Казахстан

Прямая и рассеянная солнечная инсоляция по месяцам и температура воздуха в г. Алматы.

Средняя за год пиковая мощность равна ≈ 1300 Вт/м2 , а доля солнечных установок в Казахстане, производящих электроэнергию ≈ 0,1%. Основные потребители электроэнергии,

%: промышленность - 68, домашние хозяйства - 8, сектор услуг-7,транспорт – 5, сельское хозяйство – 12. Низкое потребление электроэнергии связано с удалением объектов от

электросетей.

Показатель

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Е, МВт/м2 6,34 9,24 12,01 16,54 20,52 22,66 23,62 20,79 16,96 11,2 6,67 5,13

Ер,

МВт/м23,64 5,21 6,21 6,95 8,1 7,78 6,68 6,34 5,28 4,18 3,34 2,7

Т в, 0 С -11,5 -8,9 0,8 10,3 16 20,3 22,9 21,7 15,6 8 -1,2 -8,2

Сравнение стоимостных затрат сельского жителя на дизельную и солнечную электростанции при установленной мощности 6 кВт и расходе электроэнергии 300кВт∙час/месяц

Оптическая схема солнечной электростанции с одним фотомодулем

где β – поглощательная способность поверхности фотоэлементов; Е – плотность падающего потока солнечного излучения, Вт/м2; Sф, S, S0 - суммарная поверхность фотоэлементов, поверхность приемника и

окружающих тел, м2; С0 = 5,67 Вт/м2∙К4 ; ε и ε0 – излучательная способность поверхности приемника и

окружающих тел; Т, Т0 и ТВ – температура поверхности фотоэлементов, окружающих его тел и воздуха, К;

α – коэффициент теплоотдачи на поверхности охлаждающего канала, (для малых скоростей воздуха α ≈ 11-15 Вт/м2 ∙К); Т2 иТ1 – температура теплоносителя на выходе и входе канала охлаждения приемника, К;

G – расход теплоносителя в канале охлаждения, кг/с; Cp –теплоемкость теплоносителя, Дж/кг∙К.

β∙Е∙Sф = С0∙[ε∙(Т/100)4 – ε0∙(Т0/100)4∙S0/S]∙S +α∙(Т - ТВ)∙S + 0,15∙(β∙Е)∙Sф + G∙Cp∙(T2 – T1)

Инженерный метод расчета нагрева фотоэлементов и теплоносителя в фотомодулях солнечных PV/T электростанций

Лабораторный стенд для испытаний фотомодулей с охлаждаемыми фотоэлементами 0,125х0,125 м, 12 шт. в канале. Мощность нагревателя 0,1-3кВт

Двухконтурная и одноконтурная схема теплообменников

Т, К Т0, К ЕИ, Вт ЕК, Вт ЕТ, Вт G, л/мин

313 293 2 78 2038 1,92

333 293 28 182 1908 0,78

373 293 109 441 1568 0,3

413 293 253 597 1268 0,156

Результат расчета охлаждения поверхности фотоэлементов и нагрева теплоносителя в первом циркуляционном контуре

Sф для 24 фотоэлементов ≈ 0,374 м2, Е ≈ 1000 Вт/м2, КПД фотоэлементов 0,15,

коэффициент отражения зеркал ≈ 0,9, поглощательная способность фотоэлементов ≈ 0,9

При допустимой температуре поверхности фотоэлементов ≈ 330 К один фотомодуль из 24 фотоэлементов выдает электрическую мощность Еэ ≈ 0,4 кВт, тепловую пиковую мощность ЕТ

≈ 2 кВт с температурой горячей воды на выходе ≈ 315 К и расходом ≈ 1 л/мин.

Солнечная PV/Nэлектростанция с несколькими фотомодулями для получения электричества и горячей воды

Снимаемая с фотоэлементов тепловая мощность ≈ 6 кВт. Расход теплоносителя через три канала фотомодулей ≈ 3 л/мин. Расход горячей воды через теплообменник при температуре 600С ≈ 350л/сутки. Пиковая электрическая мощность солнечной электростанции ≈ 1, 6 кВт. Стоимость электростанции в три раза дешевле аналогичных той же мощности.

Инновационный патент РК от 30.12.2010

СР ∙ G1 (∙ 373 – ТК) + СР ∙ G2 (∙ 315 – ТК) = СР ∙ GТ (∙ ТК – ТН)

Уравнение баланса энергии при передаче тепла в теплообменнике

где ТН и ТК – начальная и конечная температура, до которой нагревается техническая вода в теплообменнике, К; G1, G2, GТ – соответственно расход теплоносителя через охлаждаемые фотоэлементы, коллектора и теплообменник.

ТК ,К ТН, К GТ, л/мин (ЕТ + ЕП ) ,Вт

313 293 14,3 2038 + 4298 = 6336

333 293 3,5 1908 + 4133 = 6041

343 293 1,9

353 293 0,9 1568 +3710 = 5278

Для географической широты г. Алматы при среднегодовой пиковой инсоляции 1300 Вт /м2

потребитель получает электрическую энергию W = 4,55 кВт час и дополнительно, горячую воду ∙с температурой 600С и расходом 355 литров.

Hybrid systemHybrid system

Converter &Converter &ControllerController

Converter &Converter &ControllerController

Battery BankBattery BankBattery BankBattery Bank

InverterInverterInverterInverter

30kW Wind(10kW * 3)

80kW Photovoltaic

(10kW No Battery)

Load

Monitoring Office

PumpDiesel (Option)Grid

Power Control System

PV WIND HYBRID SYSTEMPV WIND HYBRID SYSTEMPV WIND HYBRID SYSTEMPV WIND HYBRID SYSTEM