автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Методика обоснования параметров систем автономного электроснабжения на базе солнечных фотоэлектрических установок

На правах рукописи

АРОНОВА ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

0034Э3860

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ СОЛНЕЧНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 МАР 2010

Санкт-Петербург - 2010

003493860

Работа выполнена на кафедре «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Грилихес Владимир Александрович

доктор технических наук, профессор

Елистратов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Виссарионов Владимир Иванович кандидат технических наук, доцент Стеганое Геннадий Борисович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)».

Защита состоится «6» апреля 2010 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.17 ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, гидрокорпус II, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан «2» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.229.17 доктор технических наук, профессор

Сидоренко Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Более 70 % территории России это районы децентрализованного или ненадежного централизованного энергоснабжения, где основными источниками электроэнергии являются автономные топливные электростанции. Альтернативой таким электростанциям могут выступать системы на основе солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ), преобразующих экологически чистый возобновляемый источник энергии (ВИЭ) - солнечное излучение (СИ). Возможность такой замены подтверждается оценкой потенциала солнечных ресурсов России. Среднегодовые суммы поступающего СИ во многих районах страны, в том числе и таких, где ощущается недостаток централизованного электроснабжения (например, Забайкалье), больше, чем на территориях Германии или Испании, где уже сейчас массово применяют солнечные установки.

Следует учитывать и мировые тенденции развития производства солнечных фотоэлектрических систем, которое начиная с 2000 г. растет в среднем на 30-40% в год, достигнув в 2008 г. показателя в 7,1 ГВт(пик). Суммарные установленные мощности в 2008 г. превысили 14,7 ГВт (пик).

В настоящее время наиболее часто применяют неподвижные ориентированные на юг солнечные фотоэлектрические установки с кремниевыми солнечными элементами (СЭ), а также следящие установки с концентраторами СИ и многопереходными СЭ. Однако сегодня практически отсутствуют методы и подходы, позволяющие определять области и территории эффективного использования СФЭУ различных типов с учетом особенностей их функционирования в составе систем автономного электроснабжения (САЭС), которые могут включать другие возобновляемые источники энергии, например ветроэлектрическую установку (ВЭУ), а также дизельный или бензиновый двигатель-генератор (ДГ, БГ) и аккумуляторные батареи (АБ).

На сегодняшний день основные недостатки известных работ по моделированию и оптимизации параметров САЭС состоят в том, что в них не рассматриваются модели солнечных фотоэлектрических установок, позволяющие оценивать их выходные энергетические характеристики при изменении параметров СИ (плотности потока, спектрального состава) и температуры СЭ. Не в полной мере выявлены особенности совместной работы СФЭУ с остальными элементами системы, в частности не учитывается изменение КПД отдельных устройств в зависимости от мощности проходящих через них потоков энергии. При моделировании работы аккумуляторных батарей часто не рассматриваются такие факторы как влияние температуры окружающей среды, явления старения и саморазряда. Изложенное свидетельствует о необходимости развития моделей основных элементов САЭС, с учетом особенностей их совместной работы и зависимостей КПД от значений потоков энергии, циркулирующих в системе. Выбор соответствующих этим моделям методов оптимизации позволит устранить отмеченные недостатки и корректно определить области и территории перспективного применения в САЭС установок на основе ВИЭ.

Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью обеспечения потребителей, неподключенных к центральной системе электроснабжения, экологически чистой и доступной энергией, вырабатываемой системами автономного электроснабжения на базе современных солнечных фотоэлектрических установок.

Целью диссертационной работы является разработка методики обоснования параметров систем автономного электроснабжения на базе солнечных фотоэлектрических установок, а также выбор областей их перспективного применения.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Разработана методика, позволяющая более точно рассчитывать поступление солнечного излучения на различно ориентированные поверхности фотоэлектрических установок.

2. Развита методика определения часовых значений скоростей ветра.

3. Разработана методика расчета суточных графиков электропотребления автономных жилых домов.

4. Предложены новые модели фотоэлектрических установок, учитывающие зависимость КПД солнечных элементов от изменения параметров солнечного излучения и температуры.

5. Предложена модель системы автономного электроснабжения, учитывающая функциональные параметры элементов САЭС, особенности взаимосвязи между ними и эффективность их работы от значений потоков энергии, циркулирующих в системе.

6. Разработаны методика, алгоритм и программа обоснования структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения.

7. Проведена оптимизация параметров систем автономного электроснабжения и определены районы территории РФ для перспективного использования в САЭС установок на основе ВИЭ.

Научная новизна представленной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика, существенно повышающая точность расчета краткосрочных (часовых, минутных) значений плотности потока солнечного излучения, поступающего на различно ориентированные поверхности.

2. Разработаны новые модели функционирования СФЭУ, использующие зависимости КПД солнечных элементов от параметров солнечного излучения (плотности потока, спектрального состава) и температуры.

3. Разработаны программы для моделирования и оптимизации САЭС на основе СФЭУ и определены условия эффективного применения автономных систем.

4. Выполнено районирование территории РФ для перспективного использования в САЭС установок на основе ВИЭ.

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате проведенных исследований:

1. Разработаны новые модели и инженерные методики оценки энергетических характеристик солнечных фотоэлектрических установок.

2. Созданы прикладные программы для ПВМ, позволяющие находить оптимальные структурные схемы и параметры элементов автономных систем.

3. Разработаны практические рекомендации по выбору структурных схем и параметров элементов САЭС для районов территории РФ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета краткосрочных значений плотностей потоков солнечного излучения, поступающих на различно ориентированные поверхности.

2. Модели функционирования фотоэлектрических установок различных типов, учитывающие зависимость энергетической эффективности солнечных элементов от их температуры и параметров солнечного излучения.

3. Методика моделирования работы и оптимизации параметров элементов системы автономного электроснабжения.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на семинарах кафедры «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика» СПбГПУ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, на заседании Шестой научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии» (2008 г.), на неделе науки СПбГПУ (2006, 2007 г.). По результатам работы опубликовано 10 научных работ, выпущено 1 учебное пособие и сделаны доклады на 33сн и 34ой международной конференции специалистов по фотоэлектричеству (33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA, May 11-16, 2008, 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Philadelphia, PA June 7-12, 2009).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 14 таблиц и список используемой литературы из 126 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы научные проблемы, цель и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту, дана оценка новизны и практической значимости полученных результатов, кратко изложено содержание работы.

В первой главе дан анализ проблем, возникающих при электроснабжении автономных потребителей в России, показаны современные тенденции производства и применения солнечных фотоэлектрических установок, перспективность использования в системах автономного электроснабжения СФЭУ с концентраторами СИ и многопереходными СЭ. Обоснован рациональный состав САЭС, включающий, как правило, солнечную и ветровую энергоустановки, аккумуляторные батареи, а также резервный источник энергии - бензиновый двигатель-генератор.

Показано, что для корректного моделирования работы САЭС необходимы реальные часовые данные о потреблении электроэнергии, о поступлении СИ на различно ориентированные поверхности СФЭУ и об изменении скорости ветра в течение каждого дня года.

Проведен критический анализ доступных данных о радиационных режимах территорий, интегрально представленных в атласах (Атласы ветрового и солнечного климатов России), климатических справочниках (Научно-прикладной справочник по климату СССР) и в компьютерных базах (NASA SSE, WRDC, METEONORM). Выявлено, что в большинстве источников приведены осредненные дневные, месячные и годовые суммы СИ, поступающего на горизонтальную или следящую поверхности, которые должны быть пересчитаны в часовые значения с учетом заданной ориентации лучевоспринимающей поверхности СФЭУ. Приведена оценка точности двух основных методов пересчета наблюдаемых значений в часовые данные. Первый из них основан на использовании дневного профиля внеземного излучения (без атмосферы). Второй - на использовании дневного профиля, отражающего поступление СИ при чистом небе. Для получения часовых значений выбран

второй метод, который показал наилучшее совпадение расчетных и наблюдаемых данных.

Во второй главе диссертации проведен расчет и сопоставление оценок значений плотности потоков СИ по различным методикам (Атвотера, Берда, Перинна, Янга, Геймарда, Винтера, Икбола) для 50 географических пунктов на территории России. Выявлено, что наилучшее совпадение расчетных и наблюдаемых данных при чистом небе позволяет получать методика Берда. Для повышения точности расчетов автором добавлены коэффициенты коррекции, которые определялись на основе метода наименьших квадратов. Такая процедура позволила сократить погрешность расчета до 10 - 12 %.

Переход к реальным условиям облачности при расчете часовых значений плотности СИ выполнен в предположении, что среднедневной профиль поступления СИ при чистом небе аппроксимирует среднедневной профиль поступления СИ в реальных условиях:

Ш"Рн ^уДчФи

Епр'=Епр тр' • ¿,ди(|}р = ГДИФ гор' (1)

ГОР; СГОр,- 1Д/ПР ' ГОр,- Гор j ууДИф '

ГОР у. Гор у

где Е"^ , £гдоирф и Е"р£, £|д0ирФр - часовые значения плотности прямого, диффузного СИ при чистом небе и в реальных условиях; И^", И^ и IV'™'1",

IV*™'1 - наблюдаемые расчетные среднемесячные дневные суммы прямого и

диффузного СИ, падающего на горизонтальную поверхность; / и у - номера расчетного часа и дня года.

На основании уточнения расчетных зависимостей автором предложена методика расчета поступления СИ на различно ориентированные поверхности и вычислены часовые значения плотности потока СИ, приходящего на следящие и неподвижные наклонные поверхности СФЭУ. Сопоставление наблюдаемых реальных часовых сумм СИ с расчетными значениями показало хорошую сходимость анализируемых данных, расхождения в основном не превышали 15 % для прямого СИ и 10 % для полного СИ (рис. 1).

Рис. 1. Оценка поступления прямого СИ на следящую поверхность (слева), и полного СИ на наклонную поверхность (справа) для станции Воейково

17 июля: — расчетные значения;-значения, вычисленные по наблюдаемым

данным

Для моделирования работы ветроэлектрической установки разработан алгоритм формирования часовых значений скорости ветра на основе функциональной зависимости:

(2)

где исР'сут - наблюдаемые среднемесячные суточные значения скорости ветра, м/с; р,у - параметры функции распределения Вейбулла-Гудрича; Су -коэффициент вариации.

В третьей главе обоснована структурная схема и элементная база системы автономного электроснабжения (рис. 2). Предложена математическая модель САЭС, определены режимы работы её элементов, получены уравнения для потоков энергии, циркулирующих в системе при каждом режиме. Разработаны модели элементов САЭС, учитывающие изменение их КПД в зависимости от значений потоков энергии, циркулирующих в системе.

Моделирование работы инвертора типа ОщВаск УРХ 3024Е-СЕ осуществлено с учетом зависимости изменения его КПД от значений требуемой потребителю электроэнергии в каждый расчетный интервал времени г:

1+-

1

л:

прям

■к 0.5-k + ~j0.25-k

1,23-0,23-л"

прям

(3)

где т|"рям - КПД инвертора при преобразовании постоянного напряжения в переменное прямоугольное, o.e.; т},-шв - КПД инвертора при преобразовании напряжения в переменное синусоидальное, o.e.; /г11нв _ показатель эффективности прибора; к - 0,04 • (/эпот[> / pj'™) _ коэффициент, определяемый значением часового потребления электроэнергии, o.e.; рП0ТР _ мощность электропотребления, Вт; Р^™ - номинальная мощность инвертора, Вт.

СФЭУ

ВЭУ

.рС*ОУ Контроллер

уЮУ заряда АБ

рВЭУ

цМЩ р ЧНВ

Инвертор I-

р тз

AB

КС t 1 1 ~ 220 В

Блок автоматики КС

тэн

Потребитель

> I ■ I

С

БГ

Рис. 2. Структурная схема системы автономного электроснабжения

Моделирование работы бензинового генератора в САЭС осуществлено с использованием регрессионных соотношений:

q? =a0+ar Р? + а2 ■ [; ^Г = Ь ■ Р?Г + • [РгБГ f; Р? =

Р;

БГ

,БГ '

(4)

где с/!'1 - удельный расход топлива, л/кВт-ч; Г|,БГ - КПД бензинового

гр гр КГ

генератора; Р1 , Р1ЮМ и Р1 - приведенное, номинальное и рабочее значение мощности бензинового генератора, Вт; а0, д,, а2, Ьд, Ь{, Ь2 - регрессионные коэффициенты.

Регрессионные коэффициенты найдены по методу наименьших квадратов на примере БГ типа вЕКО 2801 Е-А/МНВА: а0 =0,7919, а, =-1,069, а2 =0,6771, ¿>,= 72,906, Ь2 = -46,394.

Разработана модель аккумуляторной батареи, в которой учитываются изменение температуры электролита, явления старения и саморазряда, а режим работы определяется степенью заряда АБ в каждый расчетный интервал i:

8i=8M-(i-"l)± ' АБ ' . (5)

СоС

где gj, - степень заряда аккумуляторной батареи в расчетные интервалы i,

г-1, o.e.; сг - коэффициент часового саморазряда АБ, %/час; /АБ - зарядный

(разрядный) ток батареи, А; г|АБ - КПД АБ, o.e.; - приведенное значение

ёмкости АБ с учетом температуры электролита, А-ч.

Значения КПД аккумуляторной батареи при разряде принималось равным единице. При заряде КПД батареи определялось согласно выражению:

Лир, = I -ехр

*' -(*,-, "О

г АБ

+к2

Л о

(6)

где /3АБ - средний зарядный ток в промежуток времени /, А; 1Ю - 10"™ часовой зарядный ток, А; к{ =20,73, к2 =0,55 - коэффициенты,,.

В четвертой главе диссертации выполнена комплексная оценка влияния эксплуатационных факторов (плотности потока и спектрального состава СИ, а также температуры СЭ) на энергетическую эффективность СФЭУ.

Проведено исследование изменения КПД многопереходных и кремниевых элементов от спектрального состава и плотности потока солнечного излучения, падающего на их поверхность при различной ориентации.

Расчет плотности фототока, генерируемого кремниевым элементом или отдельными переходами Са1пР/ОаАх/Ое многопереходного СЭ, осуществлялся по смоделированным программой 8МА1<Т52 спектральным распределениям потока СИ для различных значений атмосферной массы (АМ). Отличительная особенность работы многопереходных СЭ в реальных условиях эксплуатации состоит в том, что изменение спектрального состава СИ в течение дня приводит

к изменению величин фототоков, генерируемых отдельными р-п переходами многопереходного СЭ. В утренние и вечерние часы (АМХ>АМ1,5), когда в спектре превалирует красное излучение, многопереходный СЭ, оптимизированный для стандартных условий АМ 1,51), будет находиться в режиме ограничения током верхнего (первого) р-п перехода. И наоборот в полуденные часы (АМХ<АМ1,5), когда в спектре основное синие излучение - в режиме ограничения током среднего (второго) р-п перехода. Кремниевые же элементы практически не реагируют на изменение спектрального состава СИ.

Величина КПД СЭ для каждого значения атмосферной массы и соответствующего ему спектрального распределения потока СИ (Е^) находилась по формуле:

„СЭ _ ' ^х.х ' ^ (П\

Чмн АМ ' V >

»ад

где J¥a- плотность фототока, мА/см2 (в случае многопереходного СЭ

характеризует р-п переход с наименьшим значением плотности фототока); £/х х - напряжение холостого хода СЭ, В; F - коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики СЭ.

Оценка величины КПД СФЭУ с концентраторами СИ производилась на основе результатов измерений вольт-амперных характеристик отдельных многопереходных СЭ при кратности концентрирования излучения (отношение плотности потока СИ, падающего на СЭ, к плотности потока излучения, приходящего на линзовый концентратор) 500Х и в предположении, что оптический КПД линзового концентратора составляет 80%. Величины С!хх и /<■ в первом приближении предполагались неизменными в силу их слабой зависимости от величины генерируемого СЭ фототока. КПД СЭ для стандартного солнечного спектра (АМ 1.50 ЬАОБ) составлял 32 % при 500Х.

Расчетные зависимости изменения КПД СФЭУ с многопереходными СЭ и СФЭУ с кремниевыми СЭ в течение дня представлены на рис. 3. Анализ результатов показал незначительное изменение КПД СФЭУ с кремниевыми СЭ в зависимости от величины АМ (3 относительных процента), которое не

12

учитывалось. Для СФЭУ с концентраторами СИ и многопереходными элементами сильная зависимость КПД СЭ от величины AM (разница в течение дня может доходить до 50 относительных процентов) была учтена при моделировании работы установки. Для этого получено регрессионное уравнение, аппроксимирующее зависимость КПД СФЭУ с концентраторами СИ от величины атмосферной массы:

Т1 ,СФЭУ(сл) = £агМ/, (8)

j=о

где М - значение AM в час i; at - коэффициенты регрессионной зависимости, равные «„=12,9380035, «,=23,1739806, аг =-16,3766884, а3 =5,4062947, а4 =-0,9491641, а5 = 0,0844251, аь = -0,0029855, o.e.

Утренние часы Дневные часы Вечерние часы

Атмосферная масса (AM)

Рис. 3. Оценка изменения КПД СФЭУ: - с концентраторами СИ и

многопереходными СЭ; — с плоскими модулями и кремниевыми СЭ

Разработаны математические модели расчета рабочей температуры многопереходного СЭ в модуле с концентраторами СИ и температуры кремниевого СЭ в плоском модуле с учетом зависимости КПД солнечных элементов от спектрального состава и плотности падающего излучения. Проведены расчеты изменения температуры и КПД СЭ для различных условий их функционирования. Значения температуры окружающей среды рассматривались в диапазоне от -25°С до + 55°С. Плотности полного СИ назначались в диапазоне 200 Вт/м2 - 1000 Вт/м2, а величины скоростей ветра в диапазоне от 0-12 м/с. Начальные значения КПД СЭ принимались,

постоянными, измеренными при стандартных условиях. Расчеты выполнены для фотоэлектрического модуля, разработанного в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, а также для кремниевого модуля, фирмы «Солнечный ветер» г. Краснодар.

На рис. 4 приведены графики отражающие изменение температуры и КПД многопереходного и кремниевого СЭ в наилучших и наихудших из задаваемых условий работы. Результаты расчетов (рис. 4, слева) подтвердили более сильный нагрев элементов, функционирующих в модулях с концентраторами излучения, по сравнению с плоскими модулями для всех рассмотренных сочетаний метеорологических факторов. При этом, чем выше температура окружающей среды и больше плотность падающего СИ, тем меньше разница в итоговых температурах многопереходного и кремниевого СЭ.

Анализ изменения КПД элементов (рис. 4, справа) функционирующих в различных метеорологических условиях, показал колебания значений КПД кремниевых СЭ в диапазоне 11-20% (АМ 1.50), многопереходных СЭ

Температура воздуха, град. С Температура воздуха, град. С

Рис. 4. Изменение температуры (слева) и КПД СЭ в плоском фотоэлектрическом модуле и модуле с концентраторами СИ (справа) в зависимости от плотности потока полного СИ и скорости ветра: —1000 Вт/м2 и 0 м/с;.....200 Вт/м2 и 12 м/с

В пятой главе диссертации разработаны методика и алгоритм моделирования работы и оптимизации системы автономного электроснабжения, представленной на рис. 2.

14

В качестве оптимизируемых параметров были приняты: площадь солнечной фотоэлектрической установки - 5СФЭУ, м2; тип солнечной фотоэлектрической установки - R; количество аккумуляторных батарей - лАБ, шт.; структурная схема системы автономного электроснабжения -Т.

Под площадью СФЭУ понималась площадь её лучевоспринимающей поверхности, которая при расчетах задавалась кратной 1 м2. При оптимизации рассматривались неподвижная, наклоненная под углом широты места СФЭУ с плоскими кремниевыми модулями (R -1) и следящая за Солнцем установка с концентраторами СИ и многопереходными СЭ (R = 2).

Обоснование параметров САЭС проводилось для пяти видов структурных схем систем автономного электроснабжения, включающих следующие элементы: СФЭУ и БГ (Т = 1); СФЭУ, АБ и БГ (Т = 2); ВЭУ, АБ и БГ (Г = 3); СФЭУ, ВЭУ, АБ и БГ (Г = 4); БГ (Т = 5).

Оптимальный вариант системы электроснабжения определялся на основе минимума целевой функции:

з£АЭС=/(5СФЭУ1яАБ,/г,Г)-»гап, (9)

где 3£АЭС - суммарные затраты на систему автономного электроснабжения в течение всего планируемого периода эксплуатации, руб.

На выбранные параметры оптимизации накладывались ограничения:

о СФЭУ < о СФЭУ < о СФЭУ . АБ <„АБ< АБ (Ю)

Jmin — J — Jmax > "min - ' —"max'

где = 1 м2 и /гА;Б = 1 шт- минимальное значение площади СФЭУ и

количества аккумуляторных батарей; = 100 м2 и = 50 шт -

максимальное значение площади СФЭУ и количества аккумуляторных батарей.

Ежегодные издержки И^АЭС на заработную плату, топливо, обслуживание и замену элементов системы определялись с учетом влияния инфляции г. Суммарные затраты на систему автономного электроснабжения рассчитывались как сумма капитальных вложений КуАЭС и ежегодных

издержек за период функционирования САЭС, приведенных к нулевому году с использованием известной нормы дисконтирования с1:

3слэс = кСЛЭС+|И—-(1 + ГТ (11)

где / - номер расчетного года; ТР - период эксплуатации САЭС, лет.

Предложен двухуровневый алгоритм обоснования структурной схемы и параметров элементов системы автономного электроснабжения:

- на первом уровне оптимизируются параметры элементов для каждой структурной схемы Т путем реализации следующих этапов:

1. Моделирование работы элементов системы.

2. Определение параметров элементов системы, обеспечивающих график нагрузки потребителей. Такими параметрами являются: площадь СФЭУ,

5СФЭУ, число АБ, пАВ, объем топлива, /Итрсб', необходимый для работы БГ.

3. Расчет суммарных затрат (капитальные вложения и суммарные издержки) за планируемый срок службы системы электроснабжения как функции площади СФЭУ, количества АБ, времени работы и расхода топлива БГ.

4. Выбор сочетания параметров элементов системы, соответствующего минимальным суммарным затратам, для каждой анализируемой структурной схемы.

- на втором уровне оптимизируется тип структурной схемы САЭС по критерию минимума затрат на систему в течение всего периода эксплуатации.

Для реализации разработанной методики оптимизации параметров систем автономного электроснабжения разработано программное обеспечение в среде МАТЬАВ, с использованием которого выполнены расчеты и определены оптимальные параметры САЭС для 50 географических пунктов на территории Российской Федерации.

На основе анализа полученных результатов сформулированы общие рекомендации по выбору параметров автономных систем для регионов с децентрализованным электроснабжением и выделены области перспективного применения в САЭС установок на основе ВИЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. На основе проведенного анализа существующих методик расчета поступления солнечного излучения на горизонтальную поверхность разработана уточненная методика определения краткосрочных значений плотности потока СИ, поступающего на различно ориентированные поверхности СФЭУ.

2. Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик многопереходных и кремниевых солнечных элементов и на основе полученных результатов разработаны новые модели, учитывающие зависимость КПД установок с концентраторами СИ и многопереходными СЭ и установок с плоскими кремниевыми модулями от плотности потока, спектрального состава падающего излучения и от температуры элементов.

3. Разработана модель системы автономного электроснабжения на базе СФЭУ, учитывающая зависимости КПД её элементов от величин потоков энергии, циркулирующих в системе.

4. Разработана методика, алгоритм и предложены программы для моделирования работы и оптимизации структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения на базе энергоустановок, использующих солнечную и ветровую энергию.

5. Сформулированы общие рекомендации по выбору параметров автономных систем для регионов с децентрализованным электроснабжением.

6. Наиболее перспективные территории РФ для использования солнечных и ветровых установок в составе САЭС Дальневосточный, Южный, Сибирский, Северо-Кавказский, Северо-Западный и Уральский федеральные округа.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Аронова, Е.С. Методика расчета реальной плотности солнечного излучения при проектировании фотоэлектрических энергоустановок. [Текст] / Е.С. Аронова, В.А. Грилихес // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб. - 2006. - № 6. - Т. 1. Естественные и технические науки -С. 62-66.

2. Aronova, E.S. On correct estimation of hourly power output of solar photovoltaic installations with MJ SC's and sunlight concentrators. [Text] / E.S. Aronova, V.A. Grilikhes, M.Z. Shvarts, N.H. Timoshina // Proceedings of the 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA, May 11-16. - 2008.

3. Аронова, Е.С. Сравнительный анализ энергетической эффективности солнечных фотоэлектрических установок различных типов. [Текст] / Е.С. Аронова, В.А. Грилихес // Гелиотехника. - 2008. - №2. - С. 10 - 17.

4. Аронова, Е.С. О влиянии реальных условий эксплуатации на энергетические характеристики солнечных фотоэлектрических установок различных типов. [Текст] / Е.С. Аронова, В.А. Грилихес, Н.Х. Тимошина, М.З. Шварц // Гелиотехника. - 2008. - №3. - С. 3 - 10.

5. Аронова, Е.С. Исследование систем автономного электроснабжения на базе солнечных фотоэлектрических установок с концентраторами излучения и многопереходными солнечными элементами. [Текст] / Е.С. Аронова // Возобновляемые источники энергии: материалы научной молодежной школы с международным участием - М.: Университетская книга, 2008. - Ч. I. - С. 34-40.

6. Аронова, Е.С. Оптимизация размещения фотоэлектрических установок с концентраторами излучения при проектировании солнечных электростанций. [Текст] / Е.С. Аронова, В.А. Грилихес, М.З. Шварц // Гелиотехника. - 2008. -№4.-С.З- 10.

7. Елистратов, В.В. Солнечные энергоустановки. Оценка поступления солнечного излучения: учебное пособие. [Текст]/В.В. Елистратов, В.А. Грилихес, Е.С. Аронова; под ред. В.В. Елистратова. — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008.- 100 с.

8. Елистратов, В.В. Использование солнечных фотоэлектрических установок для сетевого и автономного электроснабжения. [Текст] / В.В. Елистратов, Е.С. Аронова, М.З. Шварц // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Экономические механизмы инновационной экономики», г. Санкт-Петербург 23-24 марта 2009 года. - С-Пб.: Изд-во НОУ МИЭП, 2009. - С. 5 - 11.

9. Aronova, E.S. The effect of temperature on the efficiency of concentrator PV modules with MJ SC. [Text]/E.S. Aronova, M.Z. Shvarts, A.A. Soluyanov // Proceeding of the 34lh IEEE PVSC, Philadelphia, June 7-12. - 2009.

10. Аронова, Е.С. Технологии солнечной фотоэнергетики для электроснабжения потребителей. [Текст] / Е.С. Аронова, В.В. Елистратов // Гелиотехника - 2009. - №3. - С. 8 - 15.

11. Аронова, Е.С. Влияние метеорологических факторов на энергетические характеристики солнечных фотоэлектрических элементов. [Текст] / Е.С. Аронова, В.В. Елистратов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №3. - С. 79 - 83.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 27.02.2010. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 5661Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВЫБОР ОБЪЕКТА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Перспективы развития и применения систем автономного электроснабжения на базе возобновляющихся источников энергии.

1.2. Анализ современного состояния систем автономного электроснабжения

1.3. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ И ВЕТРОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЯ.

2.1. Методика расчета плотности потока солнечного излучения, поступающего на поверхности следящих и наклонных солнечных фотоэлектрических установок.

2.1.1. Оценка точности методик расчета плотности потока солнечного излучения при чистом небе. Выбор расчетного метода.

2.1.2. Методика определения плотности потока солнечного излучения, поступающего на поверхности солнечных установок в реальных погодных условиях.

2.2. Методика расчета часовых значений скорости ветра.

2.3. Методика расчета суточных графиков электропотребления автономных жилых домов.

ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

3.1. Состав элементной базы и структурная схема системы автономного электроснабжения.

3.2. Модели элементов системы автономного электроснабжения.

3.2.1.Солнечная фотоэлектрическая установка.

3.2.2. Ветроэнергетическая установка.

3.2.3. Аккумуляторная батарея.

3.2.4. Контроллер заряда аккумуляторных батарей.

3.2.5. Инвертор.

3.2.6. Резервный источник энергии.

3.3. Режимы работы элементов системы автономного электроснабжения.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.

4.1. Исследование зависимости энергетической эффективности солнечных элементов и фотоэлектрических установок от спектрального состава падающего солнечного излучения.

4.2. Исследование зависимости энергетической эффективности солнечных элементов и фотоэлектрических установок от температуры элементов.

4.2.1. Методика расчета рабочей температуры многопереходного солнечного элемента в модулях с концентраторами излучения.

4.2.2. Методика расчета рабочей температуры кремниевого солнечного элемента в плоском фотоэлектрическом модуле.

4.3. Анализ влияния метеорологических факторов на энергетические характеристики солнечных фотоэлектрических элементов.

ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

5.1. Методика обоснования параметров систем автономного электроснабжения.

5.2. Алгоритм выбора оптимальных структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения.

5.2. Пример расчета оптимальных параметров систем автономного электроснабжения для конкретного географического пункта.

5.3. Определение районов перспективного применения систем автономного электроснабжения.

Более 70% территории России с населением около 25 млн. человек относится к районам автономного или ненадежного централизованного энергоснабжения. Это в первую очередь районы Крайнего Севера, Дальнего Востока и Восточной Сибири. Энергообеспечение потребителей этих территорий традиционно осуществляется с применением автономных дизельных электростанций. Однако их работа наносит ощутимый вред экологической обстановке и сопряжена со значительными материальными затратами на топливо и его доставку. Альтернативой дизельным электростанциям могут выступать системы на основе солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ), преобразующих экологически чистый возобновляющийся источник энергии (ВИЭ) - солнечное излучение (СИ), что подтверждается оценкой солнечных ресурсов России, а также некоторых европейских стран, где уже сейчас широко применяются солнечные фотоэлектрические установки. Так среднегодовые суммы энергии поступающего солнечного излучения во многих районах России, в том числе и таких, где ощущается недостаток централизованного электроснабжения (например, Забайкалье), больше, чем на территориях Германии или Испании. Это свидетельствует о возможности успешного внедрения в России энергоустановок, преобразующих солнечную энергию. Следует учитывать и мировые тенденции развития производства солнечных фотоэлектрических систем, которое начиная с 2000 г. растет в среднем на 30-40 % в год [58, 99], что позволит к 2040 г. довести долю солнечной энергетики до 25-28 % от мирового производства электроэнергии.

В настоящее время для электроснабжения наиболее часто применяют неподвижные ориентированные на юг солнечные фотоэлектрические установки с кремниевыми солнечными элементами (СЭ). Использование таких установок не позволяет получать высокие значения вырабатываемой мощности на единицу площади их поверхности в связи с низкими значениями КПД кремниевых СЭ. Более перспективными в работе являются многопереходные элементы, КПД которых более чем в 2 раза выше кремниевых, но такие элементы дороги и для уменьшения стоимости установок их необходимо применять совместно с концентраторами солнечного излучения. Исследования показывают перспективность достаточно широкого использования СФЭУ с концентраторами солнечного излучения и многопереходными элементами наряду с установками с плоскими кремниевыми модулями на территории Российской Федерации. Однако, практически отсутствуют подходы, позволяющие определять области и территории эффективного использования СФЭУ различных типов с учетом особенностей их функционирования в составе систем автономного электроснабжения (САЭС), которые могут включать другие возобновляемые источники энергии (ветроэлектрическую установку (ВЭУ)), а также дизельный или бензиновый двигатель-генератор (ДГ, БГ), аккумуляторные батареи и т.д.

Разработаны комплексные модели САЭС, включающие описание всех элементов системы, связей между ними и возможных режимов их работы. Однако основные недостатки известных работ по моделированию и оптимизации состоят в том, что в них не рассматриваются модели солнечных фотоэлектрических установок с концентраторами СИ и многопереходными солнечными элементами, позволяющие оценивать выходные характеристики СФЭУ при изменении параметров солнечного излучения (плотности потока, спектрального состава) и температуры СЭ. Не в полной мере выявлены особенности совместной работы СФЭУ с остальными элементами системы, в частности не учитывается изменение КПД отдельных устройств в зависимости от мощности проходящих через них потоков энергии. При моделировании работы аккумуляторной батареи часто не рассматриваются такие факторы как влияние температуры окружающей среды, явления старения и саморазряда. Изложенное свидетельствует о необходимости развития моделей основных элементов САЭС, с учетом особенностей их совместной работы и зависимостей КПД от величин потоков энергии, циркулирующих в системе. Выбор соответствующих этим моделям методов оптимизации позволит устранить отмеченные недостатки и корректно определить области и территории рационального применения СФЭУ различных типов в составе САЭС.

Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью обеспечения потребителей, неподключенных к центральной системе электроснабжения, экологически чистой и доступной энергией, вырабатываемой системами автономного электроснабжения на базе современных солнечных фотоэлектрических установок.

Целью диссертационной работы является разработка методики обоснования параметров систем автономного электроснабжения на базе солнечных фотоэлектрических установок, а также выбор областей их перспективного применения.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Разработана методика, позволяющая более точно рассчитывать поступление солнечного излучения на различно ориентированные поверхности фотоэлектрических установок.

2. Развита методика определения часовых значений скоростей ветра.

3. Разработана методика расчета суточных графиков электропотребления автономных жилых домов.

4. Предложены новые модели фотоэлектрических установок, учитывающие зависимость КПД солнечных элементов от изменения параметров солнечного излучения и температуры.

5. Предложена модель системы автономного электроснабжения, учитывающая функциональные параметры элементов САЭС, особенности взаимосвязи между ними и эффективность их работы от значений потоков энергии, циркулирующих в системе.

6. Разработаны методика, алгоритм и программа обоснования структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения.

7. Проведена оптимизация параметров систем автономного электроснабжения и определены районы территории РФ для перспективного использования в САЭС установок на основе ВИЭ.

Научная новизна представленной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика, существенно повышающая точность расчета краткосрочных (часовых, минутных) значений плотности потока солнечного излучения, поступающего на различно ориентированные поверхности.

2. Разработаны новые модели функционирования СФЭУ, использующие зависимости КПД солнечных элементов от параметров солнечного излучения (плотности потока, спектрального состава) и температуры.

3. Разработаны программы для моделирования и оптимизации САЭС на базе СФЭУ и определены области эффективного применения автономных систем.

4. Выполнено районирование территории РФ для перспективного использования в САЭС установок на основе ВИЭ.

Достоверность полученных результатов исследований, теоретических и методических обоснований, выводов и рекомендаций подтверждается использованием в разработках научно-обоснованных и проверенных методов различных научных дисциплин, корректным применением адекватного математического аппарата, а также совпадением полученных результатов моделирования и оптимизации с известными практическими решениями и оценками.

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате проведенных исследований:

1. Разработаны новые модели и инженерные методики оценки энергетических характеристик солнечных фотоэлектрических установок.

2. Созданы прикладные программы для ПВМ, позволяющие находить оптимальные структурные схемы и параметры элементов автономных систем.

3. Разработаны практические рекомендации по выбору структурных схем и параметров элементов САЭС для районов территории РФ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета краткосрочных значений плотностей потоков солнечного излучения, поступающих на различно ориентированные поверхности.

2. Модели функционирования фотоэлектрических установок различных типов, учитывающие зависимость энергетической эффективности солнечных элементов от их температуры и параметров солнечного излучения.

3. Методика моделирования работы и оптимизации параметров элементов системы автономного электроснабжения.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на семинарах кафедры «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика» СПбГПУ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, на заседании Шестой научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии» (2008 г.), на неделе науки СПбГПУ (2006, 2007 г.). По результатам работы опубликовано 10 научных работ, выпущено 1 учебное пособие и сделаны доклады на 33еи и 34ой международной конференции специалистов по фотоэлектричеству (33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA, May 11-16, 2008, 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Philadelphia, PA June 7-12, 2009.).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 14 таблиц и список используемой литературы из 126 наименований.

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. На основе проведенного анализа существующих методик расчета поступления солнечного излучения на горизонтальную поверхность разработана уточненная методика определения почасовых значений плотности потока СИ, поступающего на различно ориентированные поверхности СФЭУ.

2. Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик многопереходных и кремниевых солнечных элементов и на основе полученных результатов разработаны новые модели, учитывающие зависимость КПД установок с концентраторами СИ и многопереходными СЭ и установок с плоскими кремниевыми модулями от плотности потока, спектрального состава падающего солнечного излучения и от температуры элементов.

3. Разработана модель системы автономного электроснабжения на базе СФЭУ, учитывающая зависимости КПД её элементов от величин потоков энергии, циркулирующих в системе.

4. Разработана методика, алгоритм и предложены программы для моделирования работы и оптимизации структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения на базе энергоустановок, использующих солнечную и ветровую энергию.

5. Сформулированы общие рекомендации по выбору параметров автономных систем для регионов с децентрализованным электроснабжением.

6. Наиболее перспективные территории РФ для использования солнечных и ветровых установок в составе САЭС Дальневосточный, Южный, Сибирский, Северо-Кавказский, Северо-Западный и Уральский федеральные округа.

Результаты, полученные в работе, позволят более эффективно оценивать ресурсы возобновляемой энергетики для обеспечения автономных потребителей, не связанных с центральной системой энергоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Атласы ветрового и солнечного климатов России / М.М, Борисенко, В.В. Стадник. С.-Петербург, Главная геофизическая лаборатория им. А.И. Воейкова, 1997. - 173 с.

2. Аронова, Е.С. Сравнительный анализ энергетической эффективности солнечных фотоэлектрических установок различных типов. Текст. / Е.С. Аронова, В.А. Грилихес // Гелиотехника. 2008. - №2. - С. 10 - 17.

3. Балузин, В.М. Расчет энергопотребления при проектировании автономной системы электроснабжения. Электрооборудование автономных объектов. Текст. / В.М. Балузин, В.И. Дулов М.: Сборник научных трудов МЭИ, 1987. - № 143. - С. 19-23.

4. Блох, А.Г. Основы теплообмена излучением. Текст. / А.Г. Блох М. -Л. Госэнергоиздат, 1962. - 362 с.

5. Болотовский, В.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. Текст. / В.И. Болотовский, З.И. Вайсгант Ленинград: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.

6. Виссарионов, В.И. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Текст. / В.И. Виссарионов, C.B. Белкина, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин -М., 2004. 448 с.

7. Виссарионов, В.И. Солнечная энергетика Текст. / В.И Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 276 с.

8. Варыпаев, В.Н. Химические источники тока: Учебное пособие для хим.-технол. спец. вузов. Текст. / В.Н. Варыпаев М.: Высшая школа, 1990. - 240 с.

9. Грилихес, В.А. Методические указания к курсовой работе на тему «Расчет характеристик солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность». Текст. / В.А. Грилихес СПбГПУ: ВИЭГ, 1995 - 10 с.

10. Даффи, Д. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. Текст. / Д. Даффи, У. Бекман М.: Мир, 1977. - 420 с.

11. Дульнев, Г.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Учебное пособие для студентов высших технических заведений. Текст. / Г.Н. Дульнев, H.H. Тарновский «Энергия». 1971. - 248 с.

12. Елистратов, В.В. Солнечные энергоустановки. Оценка поступления солнечного излучения: учебное пособие. Текст./В.В. Елистратов, В.А. Грилихес, Е.С. Аронова; под ред. В.В. Елистратова. — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. 100 с.

13. Елистратов, В.В. Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ч. 1. Определение ветроэнергетических ресурсов региона: Учеб. Пособие. Текст. / В.В. Елистратов, М.В. Кузнецов СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. - 59 с.

14. Журнал «Потребитель», Д. Долгополов. Тесты бензиновых, дизельных электростанций. Текст. — Режим доступа: http://www.energo-torg.ru/news.html

15. Колтун, М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. Текст. / М.М. Колтун М.: Наука, 1985. - 280 с.

16. Кондратьев, К.Я. Лучистая энергия солнца. Текст. / К.Я. Кондратьев -Л.: Гидрометиздат, 1954. 600 с.

17. Концерн Metallwarenfabrik GmbH. — Режим доступа: www.metallwarenfabrik.com.

18. Куленов, Н.С. Электрификация жилищ: (методы и модели прогнозирования). Текст. / Н.С. Куленов Алма-Ата: Наука, 1984. - 184 с.

19. Методические рекомендации по выбору мест размещения ветроэлектрических установок с оценкой возможной выработки энергии. Текст. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - 36 с.

20. Михайлов, В.И. Режимы коммунально-бытового электропотребления. Текст. / В.И. Михайлов, В.М. Тарнижевский М.: Энергоиздат. 1993. - 283 с.

21. Михеев, М.А. Краткий курс теплопередачи. Текст. / М.А. Михеев, И.М. Михеева M.-JL, Госэнергоиздат, 1961. - 208 с.

22. Научно-прикладной справочник по климату СССР в 30 томах. Многолетние данные. Текст. СПб: Гидрометеоиздат, 1990.

23. Описание ветроэнергетической установки (ВЭУ 2000), разработчик СКБ «АТИК». Текст. — Режим доступа: http://www.atic-avia.ru.

24. Пановский, Г.А. Статистические методы в метрологии. Текст. / Г.А. Пановский, Г.В. Брайер Ленинград: Гидрометеоиздат, 1972. - 210 с.

25. Пивоварова, З.И. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. Текст. / З.И. Пивоварова, В.В. Стадник Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988 - 127 с.

26. Постановление правительства от 3 апреля 2006 года №190 «Социальное развитие села до 2010 г.».

27. Промышленно-торговая группа FIAMM. — Режим доступа: http://www.fiamm.ru.

28. Ратушняк, А.И. Расчет и проектирование бортовых систем электроснабжения и их основных подсистем. Текст. / А.И. Ратушняк, Г.Б. Стеганов BKA имени А.Ф. Можайского, 2004. - 108 с.

29. Руководство по эксплуатации генератора GEKO 2801 Е-А/МНВА.

30. Справочник по климату СССР. Ч. III. Т 1-34. Текст. Д.: Гидрометеоиздат, 1967.

31. Старков, А.Н. Атлас ветров России. Текст. / А.Н. Старков, JI. Ландберг, П.П. Безруких, М.М. Борисенко М.: Можайск-Терра, 2000. - 551 с.

32. Сысоев, В. Автономные системы энергообеспечения с промежуточным накоплением энергии. Текст. / В. Сысоев //Энергетика и промышленность России. 2008. - №4 (96). — Режим доступа: http://www.eprussia.ru.

33. Ташимбетов М.А. Комбинированное использование энергоустановок на основе возобновляемых источников для электроснабжения локальных потребителей Текст.: дис. канд. техн. наук: 05.14.08 / М.А. Ташимбетов. — СПб., 2005. — 134 с.

34. Тихонов, М.Н. Атомная энергетика: постижение реальности и взгляд в будущее. Текст. / М.Н.Тихонов, О.Е.Муратов, Э.Л.Петров — Режим доступа: http://www.proatom.ru.

35. Толмачев, В.Н. Эффективное использование энергии ветра в системах автономного энергообеспечения. Текст. / В.Н. Толмачев, А.В. Орлов, В.А. Булат ВИТУ. - СПб., 2002. - 203 с.

36. Ульянов, О. Методы повышения эффективности транзисторных преобразовательных схем. Текст. / О. И. Ульянов, А. В. Саксоиов, В. А. Трофимов Куйбышевское книжное издательство, 1976. - 96 с.

37. Федеральная служба государственной статистики. — Режим доступа: http://www.gks.ru/.

38. Фирма Солнечный ветер, г. Краснодар. — Режим доступа: h ttp:// ww w. so 1 w i nd. ru/.

39. Харитонов, В.П. Автономные ветроэлектрические установки. Текст. / В.П. Харитонов М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. - 280 с.

40. Abouzahr, I. Loss of power supply probability of stand-alone photovoltaic systems. Text. / I. Abouzahr, R Ramakumar //IEEE Transaction on energy Conversion. 1991.-Vol. 6.-№ l.-P. 1-11.

41. Aiken, D.J. Temperature dependent spectral response measurements for III— V multi-junction solar cells. Text. / D.J. Aiken, M.A. Stan, C. Murray, P.R. Sharps, J. Hills, B. Clevenger // Proceedings of the 29th IEEE PVSC. 2002. - P. 828-831.

42. Aiken, D.J. A loss analysis for a 28 % efficient 520X concentrator module. Text. / D.J. Aiken, M.A. Stan, S.P. Endicter, G. Girard, P.R. Sharps // Proceedings of the 3rd International conference on solar concentrators (ICSC-3), Canada. 2006.

43. Atwater, M. A numerical solar radiation model based on standard meteorological observations. Text. / .A. Atwater, J.T. Ball //Solar Energy. 1978. -Vol. 21.-P. 163-170.

44. Bett, A.W. Outdoor Evaluation of FLATCON modules and systems. Text. / A.W. Bett, J. Jaus, G. Peharz, G. Siefer, A. Hakenjos, I. Heile, H. Lerchenmuller, J.Wullner // Proceedings of 33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference, San Diego, USA. 2008.

45. Beyer, H. A method for the identification of configuration of PV/Wind hybrid systems for the reliable supply of small loads. Text. / H. Beyer, C. Langer // Solar Energy. 1996. - Vol. 57. - №5. - P. 381-391.

46. Bird, R. A simplified clear sky model for direct and diffuse insolation on horizontal surfaces. Text. / R. Bird, R.L. Hulstrom // SERI/TR-642-761, Solar Energy Research Institute (SERI/NREL). 1981.

47. Borowy, B. Optimum photovoltaic array size for a hybrid wind/PV system. Text. / B. Borowy, Z. Salameh // IEEE Transaction on energy conversion. 1994. -Vol. 9.-№3.-P. 482-487.

48. Castle J. Analysis of merits of hybrid wind/photovoltaic concept for standalone systems. Text. / J.A. Castle, J.M. Kallis, S.M. Moite, N.A. Marshall // Proceeding of the 13th IEEE Photovoltaic specialists conference. 1981. - P. 738-742.

49. Collares-Pereira, M. The average distribution of solar radiation correlation between diffuse and hemispherical and between daily and hourly insolation values. Text. / M. CollaresPereira, A. Rabl, // Solar energy. 1979. - Vol. 22. - №2. - P. 155-164.

50. Cotal, H. Temperature dependence of the IV parameters from triple junction GalnP/InGaAs/Ge concentrator solar cells. Text. / H. Cotal, R. Sherif // Proceedings of the 4th IEEE WCPEC. 2006. - P. 845-848.

51. Driesse, A. Beyond the curves: modeling the electrical efficiency of photovoltaic inverters. Text. / A. Driesse, P. Jain // Proceedings of the 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA, May 11-16. 2008.

52. Eckstein J. Detailed modeling of photovoltaic system components. Text. / J. Eckstein University of Wisconsin-Madison, 1990. - 150 p.

53. Koot, E. The global PV market: fasten your seatbelts. Analyses of market demand to 2010. Text. / E. Koot 2008. — Режим доступа: http://www.solaiplaza.com.

54. Ekins-Daukes, NJ. Evaluation of InGaP/InGaAs/Ge concentrator system annual yield and comparison to estimates based on reference spectra. Text. / NJ. Ekins-Daukes // Proceedings of the 33rd IEEE PVSC. 2008.

55. G173 03el Standard Tables for Reference Solar Spectral Irradiances: Direct Normal and Hemispherical on 37° Tilted Surface, ASTM. Text. - 2003.

56. Gergaud, O. Energy modeling of lead-acid battery within hybrid wind/photovoltaic systems. Text. / O. Gergaud, G. Robin — Режим доступа: http://www.bretagne.ens-cachan.fr.

57. Gomaa, S. Design and analysis of photovoltaic and wind energy hybrid systems in Alexandria, Egypt. Text. / S. Gomaa, A. Seoud // Renewable Energy. -1995.-Vol. 6.-P. 643-647.

58. Green, M. Solar Cell Efficiency Tables (Version 34). Text. / M. Green // Progress in photovoltaic: research and applications. 2009 - P. 320-326.

59. Grilikhes, V.A. The new approach to design of Fresnel lens sunlight concentrator. Text. / V.A. Grilikhes, V.M. Andreev, A.A. Soluyanov, E.V. Vlasova, M.Z. Shvarts // Proceedings of the 4th ICSC. 2007. -P. 49-52.

60. Gueymard, С. Direct solar transmittance and irradiance predictions with broadband models. Part I: detailed theoretical performance assessment. Text. / C. Gueymard // Solar Energy. 2003. - Vol. 74. - №5. - P. 355-379.

61. Gupta, S. A unified approach to modeling photovoltaic powered systems. Text. / S. Gupta, M. Chandrashekar // Solar Energy. 1995. - Vol. 55. - №4. - P. 267-285.

62. Guzzi, R. Physical Climatology for Solar and Wind Energy. Text. / R. Guzzi C. Justus Miramar, Trieste, Italy 21 Apr-16 May 1986. - 1986.

63. Hering, G. New investment and demonstrations back concentrating PV's commercial push. Text. / G. Hering // PHOTON International The Photovoltaic Magazine. April 2007. - P. 123 - 137.

64. HOMER. The optimization model for distributed power. — Режим доступа: http://www.nrel.gov/homer

65. International Energy Agency. — Режим доступа: http://iea.org.

66. Johnm, J. Dynamics of Multibody Systems: Conventional and Graph-Theoretic Approaches. Text. / J. John // University of Waterloo, Ontario. 2004. -47 p.

67. Kamel, Y. A non-linear optimization approach to the load matching of standalone PV power systems. Text. / Y. Kamel // Cleveland. Ohio, USA, 1988. - P. 1298-1303.

68. Kenny, R.P. Energy rating of PV modules based on PVGS irradiance and temperature database. Text. / R.P. Kenny, T.A. Huid, S. Iglesias // Proceedings of the 21st EU PVSEC, Dresden, Germany, September 4-8. 2006. - P 2088-2092.

69. Khouzam, K. The load matching approach to sizing photovoltaic systems with short-term energy storage. Text. / K. Khouzam // Solar Energy. 1994. - Vol. 53.-№5.-P. 403-409.

70. Kinsey, G.S. Spectral Response and Energy Output of Concentrator Multijunction Solar Cells. Text. / G.S. Kinsey, K.M. Edmondson // Progress in photovoltaic Research and Applications. 2008.

71. Koutroulis, E. Methodology for optimal sizing of stand-alone photovoltaic/wind-generator systems using genetic algorithms. Text. / E. Koutroulis, D. Kolokotsa, A. Potirakis, K. Kalaitzakis // Solar Energy. 2006. - Vol. 80. - №9. -P. 1072-1088.

72. Lambert, D. Professional power storage. The art and science of battery selection. Text. / D. Lambert // Renewable Energy World. 2002. - P. 128-135

73. Letay, G. Theoretical investigations of III-V multi-junction concentrator cells under realistic spectral conditions. Text. / G. Letay, C. Baur, A. Bett// Proceeding of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2004. - P. 187 - 190.

74. Liu, B. The interrelationship and characteristic distribution of direct, diffuse and total solar radiation. Text. / B. Liu, R.C. Jordan // Solar energy. -1960. Vol. 4. - №3. - P. 1-19.

75. Manders, J.E. Lead/acid battery design and operation. Text. / J.E. Manders, N.Bui, D.W.H. Lambert, J. Navarette, R.F. Nelson, E.M. Valeriote // Journal of Power Sources. 1998. - Vol. 73. - № 1. - P. 152-161.

76. Markvart, Т. Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications. Text. / T. Markvart, L. Castaner Elsevier Science Publishing Company, 2003.

77. Measurement and Instrumentation Data Center (MIDC). — Режим доступа: http://www.nrel.gov.

78. Muresan, C. Accurate model of heat transfer in PV modules. Text. / C. Muresan // Conference in Europe From PV technology to energy solution. 7-11 October 2002, Rome, Italy. -2002. - P. 737-740.

79. Muselli M. Design of hybrid-photovoltaic power generation, with optimization of energy management. Text. / M. Muselli // Solar Energy. 1999. -Vol. 65. - №3. - P. 143-157.

80. Myers, D.R. Proposed reference spectral irradiance standarts to improve concentrating photovoltaic system design and performance evaluation. Text. / D.R. Myers, K. Emery // Proceeding of the 31st IEEE PVSC. 2002. - P. 923 - 926.

81. Newman, F. Current status of III-V concentrating multijunction manufacturing technology and device technology development. Text. / F. Newman // Proceedings on CD 23rd EU-PVSEC conference 2008.

82. OutBack Power System. — Режим доступа: www.outbackpower.com.

83. Palz W. European Solar Radiation Atlas. Cartographic material. / W. Palz-Verlag Tuv Rheinland, Germany, 1984.

84. Perrin de Brichambaut, Vauge C., Le Gisement Solaire. Lavoisier. Paris, 1982.

85. Power System Simulation Model Hybrid2. — Режим доступа:: www.ceere.org.

86. PV status report 2009. Text. — Режим доступа: http://re.jrc.ec.europa.eu.

87. PVSYST. Software for photovoltaic Systems. — Режим доступа: /www.pvsyst.com.

88. Registered SMARTS2 user, authorization of Dr. D.R. Myers, 03. 02. 2008. — Режим доступа: www.nrel.gov.

89. RETScreen International Clean Energy Project Analysis Software. Интернет ресурс: www.retscreen.net

90. Richard, R. Advances in High-Efficiency 1II-V Multijunction Solar Cells. Text. / R. Richard // Advances in OptoElectronics. 2007. — Режим доступа: www.hindawi.com.

91. Rodney К. Design of hybrid energy system using expert system and optimization techniques. Text. / K. Rodney Saskatchewan, 1997. - 120 p.

92. Ross, M.D. A Simple but Comprehensive Lead-Acid Battery Model for Hybrid System Simulation. Text. / Michael M.D. Ross //Proceedings of PV Horizon: Workshop on Photovoltaic Hybrid Systems, Montréal, September 10, 2001.- 2001.

93. Saiju, R. Performance analysis of lead acid battery model for hybrid power system. Text. / R. Saiju, S. Heier // Transmission and Distribution Conference and Exposition, T&D. IEEE/PES. 2008. - P. 1-6.

94. Schult, T. Temperature dependence of Fresnel lenses for concentrating photovoltaic. Text. / T. Schult, M. Neubauer, P. Nitz, A. Gombert // Proceedings of the 2nd International Workshop on Concentrating Photovoltaic Optics and Power, Germany. 2009.

95. Seeling-Hochmuth, G. A combined optimization concept for the design and operation strategy of hybrid energy systems. Text. / A. Seeling-Hochmuth // Solar energy. 1997. - Vol. 61. - №. 2. - P. 77-87.

96. Seifert, R. Concept for integrating PV into rural Alaskan housing and utilities. Text. / R. Seifer // Proceedings of IEEE Photovoltaic Specialists Conference. 2000.

97. Shaahid, S.M. Prospects of autonomous/stand-alone hybrid (photo-voltaic + diesel + battery) power systems in commercial applications in hot regions. Text. / S.M. Shaahid, M.A. Elhadidy // Renewable Energy. 2004. - Vol. 29.- № 2. - P. 165-177.

98. Siefer, G. Experimental comparison between the power output of FLATCON modules and silicon flat plate modules. Text. / G. Siefer, A.W. Bett // Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 3-7 Jan. 2005, Florida. 2005.

99. Silvestre, S. Stand-alone PV systems control. Text. / S. Silvestre, D. Guasch // Proceeding of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference. 7-11 June 2004, France. 2004. - P. 2055-2058.

100. Skunpong, R. Design and analysis of the PV hybrid system for isolated household electrification. Text. / R. Skunpong, P. Unahalekhaka, B. Plangklang, W. Khan-ngern // Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Spain, 2008.

101. Solar Pro. Photovoltaics System Simulation Software. — Режим доступа: www.lapsys.co.jp/english/

102. Surface meteorology and Solar Energy — Режим доступа: http://eosweb.larc.nasa.gov/ssel

103. Tamizhani, G. Photovoltaic module thermal/wind performance: long-term monitoring and model development for energy rating. Text. / G. Tamizhani, L. Ji, Y. Tang, L. Petacci // NREL and Solar program review meeting 2003, NREL/CD-520-33586. P. 936-939.

104. TRNSYS. The Transient Energy System Simulation Tool. — Режим доступа: http://www.trnsys.com

105. Verneti, D. A Methodology for modeling synthetic daily sequences of hourly power demand for villages and small towns, based on stochastic processes. Text. / D. Verneti, W. Kleinkauf// Solar Energy. 1999. - Vol. 66. - №6. - P. 459-467.

106. Williams S.R. et al. Actual PV module performance including spectral losses in the UK. Text. / S.R. Williams // Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 3-7 Jan. 2005, Florida.- 2005.

107. Winter C.-J. Solar Power Plants. Text. / C.-J. Winter // Springer -Verlag, Berlin, Heidelberg 1991.

108. World Radiation Data Centre. — Режим доступа:: http://wrdc.mgo.rssi.ru.

109. Yang, H. A novel optimization model for hybrid solar-wind power generation system. Text. / H. Yang, L. Lu, W. Zhou // Solar Energy. 2007. - Vol. 81. - №1. - P. 76-84.

110. Yang, K. A hybrid model for estimating global solar radiation. Text. / K. Yang, G. W. Huang, N. Tamai // Solar Energy. 2001. - Vol. 70. - P 13-22.