– магистрант КарГТУ (гр. ЭЭМ-15-1)
Научн. Рук. – к. т.н. доц.
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ
Известно, что естественные ресурсы истощаются. Но дело не в близком, как недавно думали, их исчерпании (запасов угля, например, хватит еще на многие сотни лет) - тревожит в первую очередь пагубное влияние использования невозобновляемых энергетических ресурсов на среду обитания человека. Главный недостаток сжигаемого на тепловых электростанциях (ТЭС) ископаемого горючего - загрязнение окружающей среды вредными выбросами. Человечество потребляет в год около 10 млрд т условного топлива [1]. Одним из перспективных методов преобразования солнечной энергии в электрическую является метод прямого преобразования с помощью солнечных элементов (СЭ). В свою очередь, в солнечной энергетике, базирующейся на использовании СЭ, можно выделить два направления - фотоэлектрическое преобразование концентрированного и неконцентрированного солнечного излучения - каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки. Оба направления считаются перспективными для создания солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) - как наиболее экологически чистых, ресурсообеспеченных и в перспективе экономичных источников электрической и тепловой энергии[2].
Использование концентраторов является самым быстрым путем снижения стоимости СФЭС. Их основное функциональное назначение - повышение потока солнечного излучения до уровня, обеспечивающего эффективное и экономичное преобразование.
Ранее считалось, что оптимальная степень концентрации для СЭ из кремния может лежать в диапазоне от 10 до 100 крат [2].В настоящее время в связи со снижением стоимости кремниевых солнечных элементов оптимальная концентрация снизилась до 5-10. При концентрировании изменяется не только плотность излучения, но и его распределение в пространстве. Поверхностная облученность Ес - основная энергетическая характеристика концентрирующей системы. Для использования СЭ требование равномерности облученности поверхности является первостепенным. Ещё одной важной характеристикой концентраторов является оптическая эффективность К0- отношение энергии, пришедшей на приемник, к энергии, падающей на концентратор.
Концентраторы могут обеспечивать не только интегральное, но и спектральное перераспределение солнечного излучения в пространстве. Это селективные и диспергирующие концентраторы, первые из которых обеспечивают избирательное (селективное) концентрирование излучения, а вторые концентрируют весь падающий на них поток солнечного излучения, но одновременно разлагают (диспергируют) его на спектральные составляющие.
В целом можно заключить, что системы концентрирования обладают достаточно широким набором функциональных возможностей, позволяющим существенно улучшить характеристики СФЭС. Схемные и конструктивные варианты концентраторов, которые могут использоваться в СФЭС, весьма многообразны. Их классификация осуществляется на основе различных признаков. По характеру взаимодействия излучения с оптическими элементами систем подразделяют на отражающие (зеркальные) и преломляющие (линзовые) системы.
По воздействию на спектральные характеристики сконцентрированного излучения различают селективные и неселективные системы. Приведенные выше классификационные признаки связаны главным образом со свойствами оптических элементов рассматриваемых систем. Предварительный выбор лучшей системы в каждом конкретном случае определяется степенью ее соответствия комплексу функциональных, конструкционных и эксплуатационных требований, важнейшими из которых являются: минимальные потери энергии при концентрировании излучения; способность устойчиво обеспечивать необходимое распределение плотности излучения на СЭ; технологичность изготовления и монтажа; устойчивость к воздействию внешних факторов; удобство и простота эксплуатации; возможность ремонта и замены отдельных элементов; низкая стоимость и др.
Литература
Энергетика мира: уроки будущего / Под ред. - М.: МТЭА, 1992. С. 355-380. , Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Л.: Наука, 1989. - 310 с.