CC BY
0DOI: 10.24412М -37269-2024-1-162-164
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ ПЛОСКИХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЫЛЬНОЙ СТОРОНЫ ДВУХСТОРОННИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАНЕЛЕЙ
Местников Н.П.1, 2 3, Васильев П.Ф.2, Корякин А.К4, Реев В.Г.1, 2
1 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск 2 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, Якутск 3 Якутский институт водного транспорта, Якутск 4 Арктический государственный агротехнологический университет, Якутск
sakhacase@bk.ru
Статья посвящена изучению возможности применения плоских отражателей солнечного излучения для двухсторонних фотоэлектрических панелей солнечных электростанций на территории Северо-Восточной части России. Установлено, что после применения данных отражателей выработка электроэнергии увеличилась на 10...17% в при безоблачной погоде и на 4...6% при облачной погоде. Зафиксировано, что при ветреной погоде повышается риск поломки конструкции плоского отражателя и его светотражающего материала. В последующих исследованиях планируется добавить элементы для усиления конструкции отражателя.
Фотоэлектрические станции (далее - ФЭС) - это совокупность фотоэлектрического, электротехнического и силового оборудования, преобразующий энергию солнечного излучения в электрическую энергию с возможностью передачи постоянного или переменного тока. Данные объекты на территории Северо-Восточной части России, как правило, применяются при комбинировании с дизельными электростанциями (далее - ДЭС) в технологически изолированных территориальных электроэнергетических системах (далее - ТИТЭС) в целях снижения объемов потребления дорогостоящего дизельного топлива и выбросов СО2 в окружающую среду [1-2].
На сегодняшний день на территории Республики Саха (Якутия) (далее - РС(Я)) эксплуатируются 27 ФЭС с суммарной установленной мощностью более 3 МВт. ФЭС в РС(Я) применяются в ТИТЭС, которые размещены, как правило в северной части Якутии, где отсутствует технологическое присоединение к сетям Единой энергетической системы России (далее - ЕЭС России) [3-4].
Вследствие применения данных объектов среднегодовое снижение потребления дизельного топлива составило около 500 тн., которая в денежном эквиваленте составляет более 75 млн рублей. По причине значительной экономии топлива среднестатистический срок окупаемости ФЭС в условиях РС(Я) составляет от 10 до 14 лет [5-6].
В целях увеличения производительности ФЭС рекомендуется применение не односторонних фотоэлектрических панелей (далее - ФЭП), а двухсторонних. Сущность функционирования двухсторонних ФЭП заключается в использовании отраженной от поверхности Земли энергии солнечного излучения для тыльной стороны панелей. К примеру, КПД односторонних монокристаллических ФЭП составляет 14.. .16%, а двухсторонних - 20.. .21% [7-8]. Внешний вид и принцип работы двухсторонних ФЭП представлены на рис. 1.
Существует возможность применение различных прикладных способов повышения энергоэффективности двухсторонних ФЭП, одним из которых является применение плоских отражателей энергии солнечного излучения (далее - ПО). Данные отражатели можно применить для передней, так и тыльной стороны ФЭП. Сущность данного способа заключается в увеличении доли отраженной энергии солнечного излучения путем применения специальных светоотражающих материалов в ПО. Данные отражатели можно использовать в течение летне-осеннего периода, а в зимний период возможно применение естественных отражателей светового излучения - конструкции из льда и снегового покрова. На рис. 2 представлена схема ПО для выполнения исследований.
а) б)
Рис. 1. Принцип работы и внешний вид двухсторонней фотоэлектрической панели: а) принцип работы; б) внешний вид
Рис. 2. Конструкция плоского отражателя для двухсторонней фотоэлектрической панели, где: 1 - фотоэлектрическая панель; 2 - светоотражающий материал; 3 - конструкция плоского отражателя; 4 - солнечное излучение; 5 - отраженное солнечное излучение
В течение летнего периода 2024 года проведены натурные исследования для идентификации эффекта применения ПО для двухсторонних ФЭП относительно ее тыльной стороны в центральной части Якутии.
Рис. 3. Натурные исследования с плоским отражателем
На рис. 3 представлены фотоматериалы процедуры замера электроэнергетических параметров работы двухсторонних ФЭП с ПО. Эффект применения отражателей определялся путем сопоставления параметров работы до и после применения ПО на двух панелях. По итогам натурных исследований получены следующие результаты: 1. Выработка электроэнергии от двухсторонней ФЭП увеличилась на 10...17% в при безоблачной погоде после применения ПО.
2. Выработка электроэнергии от двухсторонней ФЭП увеличилась на 4.. .6% в при облачной погоде после применения ПО.
3. При ветреной погоде повышается риск поломки конструкции плоского отражателя и его светотражающего материала. В связи с этим рекомендуется усилить конструкцию ПО и механизм крепления светотражающего материала.
Литература
1. Оценка функционирования солнечных электростанций в климатических условиях Севера / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев, Н. С. Бурянина [и др.] // Грозненский естественнонаучный бюллетень. - 2022. - Т. 7, № 2(28). - С. 101-110. - DOI 10.25744/genb.2022.37.74.011.
2. Местников, Н. П. Особенности эксплуатации солнечных электростанций микромощности в условиях Севера / Н. П. Местников. - Якутск: Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, 2022. - 155 с. - ISBN 978-5-7513-3359-1.
3. Местников, Н. П. Разработка способа защиты поверхности солнечной панели от снежного покрова в условиях Севера / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев, И. И. Куркина // Международный технико-экономический журнал. - 2022. - № 1. - С. 46-55. - DOI 10.34286/19954646-2022-82-1-46-55.
4. Mestnikov, N. Study of operation of combined power supply system based on renewable energy in territory of Far east of Russia / N. Mestnikov, F. A. Hassan, A. Alzakkar // Proceedings -2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2021, Sochi, 17-21 мая 2021 года. - Sochi, 2021. - P. 114-118. - DOI 10.1109/ICI-EAM51226.2021.9446439.
5. Местников, Н. П. Исследование влияния резко-континентального климата Якутии на функционирование монокристаллических панелей / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев // Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики : Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 85-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ и ЯАССР, д. т. н., профессора Э. А. Бондарева, Якутск, 12-17 июля 2021 года. - Киров: Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании, 2021. - С. 164-166.
6. Королюк, Ю. Ф. Децентрализованная система электроснабжения малочисленных населенных пунктов Якутии с использованием гибридных станций с солнечными панелями и суперконденсаторами / Ю. Ф. Королюк, Н. П. Местников // Проблемы и перспективы освоения Арктической зоны Северо-Востока России: Материалы Международной научно-практической конференции, Анадырь, 05-06 апреля 2018 года / Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова. - Анадырь: ООО «Буки Веди», 2018. - С. 138-139.
7. Местников, Н. П. Исследование влияния резко континентального климата Якутии на функционирование монокристаллических панелей / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев, А. М. Н. Альзаккар // Наука и образование: актуальные вопросы теории и практики: материалы Международной научно-методической конференции, Оренбург, 23 марта 2021 года / Оренбургский институт путей сообщения. - Оренбург: Оренбургский институт путей сообщения - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Самарский государственный университет путей сообщения», 2021. - С. 261-265.
8. Местников, Н. П. Исследование влияния холодного климата Якутии на функционирование монокристаллической солнечной системы генерации электроэнергии / Н. П. Мест-ников, А. М. Н. Альзаккар // Тинчуринские чтения - 2021 «Энергетика и цифровая трансформация»: Материалы Международной молодежной научной конференции. В 3-х томах, Казань, 28-30 апреля 2021 года / Под общей редакцией Э.Ю. Абдуллазянова. Том 2. - Казань: Общество с ограниченной ответственностью Полиграфическая компания «Астор и Я», 2021. -С. 256-260. - EDN MYAEDR.
