автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Исследование стационарных призматических концентраторов для фотоэлектрических модулей

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ).

С.;

/' / ^ с ч На правах рукописи

Кивалов Сергей Николаевич.

Исследование стационарных призматических концентраторов для фотоэлектрических модулей.

Специальность: 05.14.08 - преобразование возобновляемых видов энергии, установки и комплексы на их основе.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва - 2000.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследов ательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ).

Научный руководитель: ■ , .

Кандидат технических наук, с.н.с. Тверьянович Э.В.

Научный консультант:

Академик Россельхозакадемии, доктор технических наук, проф. Стребков Д.С.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, проф. Тарнижевский Б.В.

Кандидат технических наук, с.н.с. Валов М.И.

Ведущая организация: Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, лаборатория ВИЭ.

Защита состоится «Ч» 2000 года в Ю часов на

заседании диссертационного совета Д 020.15.01 во Всероссийиском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) по адресу: 109456 Москва, 1-й Вешняковский проезд, дом 2, ВИЭСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИЭСХ.

Автореферат разослан <£Я> ...о«.* 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.И. Некрасов.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. 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 источников энергии.

В настоящее время созданы опытные образцы солнечных элементов из кремния с КПД 27-28%, и СЭ на основе гетероструктур арсенида галлия с КПД до 35%. Теоретический предельно достижимый КПД для кремниевых фотоэлементов составляет 44%. Благодаря совершенствованию технологии изготовления СЭ стоимость установленной мощности фотоэлектрических модулей составляет 4,5-5 долларов за Вт.

Тем не менее, высокая стоимость СЭ все еще является основной причиной, сдерживающей создание СФЭС промышленно значимых мощностей. В настоящее время СФЭС небольшой мощности . используют для энергообеспечения автономных потребителей, удаленных от электрических сетей. В РФ 70% территории не имеет централизованного электроснабжения.

Существует два направления снижения стоимости СФЭС: первое - улучшение технико-экономических характеристик традиционных СЭ; второе - создание СФЭС с концентраторами.

Применение концентрирующих систем позволяет: 1) повысить КПД преобразования концентрированного излучения; 2) использовать отводимое тепло; 3) снижает стоимость модуля из-за уменьшения количества дорогих СЭ. Большой вклад в развитие фотоэлектрического метода преобразования концентрированного солнечного излучения внесли такие отечественные ученые как Алферов Ж.И.,

Андреев В.М., Апариси В.А., Баранов В.К., Баум В.А., Васильев A.M., Вейнберг В.Б., Евдокимов В.М., Захидов P.A., Каган М.Б., Ландсман А.П., Лидоренко Н.С., Стребков Д.С., Тарнижевский Б.В.,.Тепляков Д.И., Унишков В.А. и многие другие.

Стоимость систем, работающих при средних и высоких концентрациях, складывается из стоимости системы слежения, системы активного охлаждения СЭ, стоимости концентраторов и стоимости СЭ. Использование стационарных концентраторов позволяет упростить конструкцию СФЭС и снизить ее стоимость, исключив из нее первые два компонента.

Известные концентраторы, такие как параболоторические фоклины и призматические концентраторы, способны работать в стационарном режиме, но обладают низкой концентрацией, либо создают существенную неравномерность освещенности СЭ, что ухудшает эффективность их работы.

Поэтому проблема создания стационарных концентраторов, работающих без систем слежения и обладающих приемлемыми оптико-энергетическими и стоимостными характеристиками, является актуальной.

Цель исследований.

Создание концентрирующих оптически): систем с призматическими концентраторами с концентрацией от 3 до 5 крат и стационарных фотоэлектрических модулей на их основе.

Задачи исследований.

1 .Разработать математические модели стационарных призматических концентраторов.

2.Исследовать оптико-энергетические характеристики стационарных концентраторов в зависимости от геометрии отражающих и преломляющих поверхностей.

3.Исследовать схемы комбинированных модулей со стационарными концентраторами для выработки электричества и тепла.

4.Исследовать экспериментальные характеристики макетных образцов фотоэлектрических модулей с концентраторами.

5. Провести технико-экономическое обоснование использования фотоэлектрических и комбинированных модулей для злектро и теплоснабжения автономных сельских потребителей.

Научная новизна.

1 .Разработаны математические модели и методики расчета стационарных призматических концентраторов и проведена оптимизация их оптико-энергетических характеристик.

2.Разработаны и исследованы два новых типа стационарных концентраторов на основе сочетания отражающих и преломляющих поверхностей, на один из которых получено положительное решение о выдаче патента РФ. Показана возможность создания стационарных концентраторов с образующими в форме на окружности. При этом доказаны две теоремы, показывающие возможность успешной замены параболы на окружность.

3.Разработаны схемы, программы и методики расчета фотоэлектрических и комбинированных модулей со стационарными концентраторами для обеспечения энергией сельских зданий и сооружений.

4.Проведены экспериментальные исследования оптико-энергетических характеристик фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами.

Практическая ценность.

В результате проведенных исследований разработаны два новых типа стационарных призматических концентраторов с геометрической концентрацией около 4 крат, на основе которых осуществлена разработка фотоэлектрического модуля с СЭ установленной мощностью 108 Вт.

Работа выполнена в рамках тематического плана и программы работ по НИР и ОКР по контрасту с Минтопэнерго №99-14-21 от 12.11.99.

Проведено технико-экономическое обоснование использования стационарных фотоэлектрических модулей для энергоснабжения потребителей в пунктах, предложенных для

о

размещения СФЭС по программе Министерства Топлива и Энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий».

Разработана программа для пользователей, позволяющая сделать экспресс-оценку компоновки СФЭС для автономных потребителей для выработки тепла и электричества.

Разработанная в рамках диссертации методика расчета технической и экономической эффективности модулей со стационарными концентраторами и программа для расчета параметров фотоэлектрической станции со стационарными концентраторами переданы для включения в учебный процесс на кафедре «Нетрадиционных и возобновляемых источников энергии» в МЭИ, а также на кафедре «Теплотехники и применения теплоты в сельском хозяйстве» в МГАУ им. В.П. Горячкина.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методики расчетов и математические модели новых типов стационарных концентраторов на основе сочетания фоклина и призмы.

2. Программа и методики расчета характеристик фотоэлектрических модулей с концентраторами

3. Результаты экспериментальных исследований оптико-энергетических характеристик фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами.

4. Схемы стационарных фотоэлектрических и комбинированных модулей для обеспечения энергией сельских зданий и сооружений.

Апробация работы.

Материалы основных разделов работы докладывались:

• На 1 Всероссийской научной молодежной школе «Возобновляемые источники энергии». Октябрь 1999г. Москва. МГУ им. М.В. Ломоносова.

• На 2 Международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника». 25-27 апреля 2000г. Санкт-Петербург.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 работ (еще 3 работы находятся в печати) в том числе 1 патент РФ, 3 статьи и одна публикация в материалах 2 Международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника».

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений и списка литературы из 160 наименований. Работа изложена на 130 станицах, включая 30 страниц рисунков и б страниц приложений.

Содержание работы.

Первая глава диссертации включает в себя обзор работ, посвященных фотоэлектрическому преобразованию солнечной энергии в электрическую. Рассмотрено современное состояние разработок и исследований в области СЭ, концентраторов, фотоэлектрических модулей и систем теплоотвода.

На основании проведенных исследований, основанных на литературных данных, сделаны следующие выводы:

Системы концентрации с рабочими поверхностями, образованными телами вращения второго порядка (параболические, гиперболические, параболоторические, сферические поверхности), требуют дорогостоящих систем слежения и ориентации за солнцем, а модули на их основе требуют организации эффективного теплоотвода от СЭ.

Стационарные концентраторы (фокпины) дают существенную неравномерность излучения на поверхности выхода, что снижает эффективность работы СЭ.

Призматические концентраторы, способные работать в стационарном режиме, обладают удовлетворительными распределениями энергии в фокальной плоскости, но либо не дают концентраций выше 2 крат, либо конструкция модулей не позволяет производить охлаждение встроенных СЭ с двухсторонней чувствительностью.

В первой главе также сформулированы и поставлены задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена исследованиям в области повышения эффективности стационарных призматических концентраторов за счет выбора рациональной геометрии отражающих и преломляющих поверхностей.

Разработан порядок расчета отражающих поверхностей с образующими в форме окружности для стационарных концентраторов, позволяющий полностью заменить параболические отражающие поверхности в усеченных до 40% фоконах и фоклинах на более простые в изготовлении сфероторические и цилиндрические без потерь концентрации излучения. Доказана теорема существования и единственности таких поверхностей, а также показана их оптимальность с точки зрения получения максимальной концентрации при изменении угла наклона в нижней точке.

Исследован тип \Лобразных призматических концентраторов с прямолинейными образующими (рис 1) и разработанными образующими в форме окружностей (рис 2). Результаты исследований показывают улучшение параметров концентраторов при уменьшении кривизны отражающих поверхностей. Максимальный коэффициент концентрации достигается на У-образном концентраторе с прямолинейными образующими, являющимся предельным случаем при кривизне образующих, стремящейся к нулю. В свою очередь для прямолинейного случая получены аналитические соотношения, по которым определяются все параметры концентратора, а также найден вариант с максимальной степенью концентрации среди ХЛобразных концентраторов. Зная угол отклонения лучей от оси призмокона 5, угол при вершине призмы р, длину основания с1 и коэффициент преломления материала призмы п, остальные параметры плоского концентратора при условии попадания всех лучей на фокальную поверхность получаются по следующим формулам:

у = агсяг

и^л-ап агсап^-2• /? | К = + ;

линейного фоклина. сфероцилиндрического

фоклина

4.5 4

3.5 3 2,5

г 1,5 1

0.5

»V

-»Л-' 1

д. ч, ,1 1*\ £ Ь1

-Мл к у* г V* ** л*

.

0

-0.5 -0,5 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 -0.2 -0,2 -0.1 -0,1 0 0.05 0,1 0,15 0.2 0,25 0,3 0,35 0.4 0.45

-24ф -1ф

Рис 3 Распределения облученности поверхности выхода призмокона с допустимыми потерями в зависимости от угла падения излучения 6=1° и 24°.

J ■ f, ■ 1 я) d +arcsin—- —J

H = a-sm{p+y).

2 • sin P • sin! y + arcsin—

n.

Геометрическая концентрация призмокона вычисляется

по формуле:

Максимум концентрации при п=1.49 достигается при р«7.5° и составляет К«3.1809.

Получены расчетные распределения облученности поверхности выхода в классе V-образных концентраторов с увеличенной высотой средней части (рис 3). Они оказываются достаточно равномерными, что позволяет использовать концентраторы с СЭ. При этом расчетная реальная концентрация достигает 2.45 крат при оптическом КПД концентратора 70%.

Разработан и исследован тип W - образных призматических концентраторов с широкой и узкой призмой в середине и разработанными отражающими поверхностями в. форме окружности. Проведена оптимизация по форме призмы, в результате которой получен концентратор с узкой призмой сложной треугольной формы. Схема концентратора с узкой призмой и ход отдельных лучей в нем изображены на рис 4. Узкая треугольная призма состоит из двух частей: верхняя узкая призма с углом при вершине Pi и основанием di расположена на верхней грани усеченной до трапеции нижней треугольной призмы с углом при вершине р и основанием d, равным ширине СЭ, причем pi<p.

Расчетные распределения облученности поверхности выхода W-образного концентратора с узкой призмой позволяют использовать этот класс концентраторов с СЭ (рис 5). Расчетные реальные концентрации превосходят 3 кратный уровень.

Разработан и исследован тип составных фоклин-призматических концентраторов, состоящий из

Рис 4. Схема сложного призматического концентратора

Рис 5. Распределение облученности поверхности выхода сложного концентратора.

V и

\в|

У

"Ъ

Рис 6. Схема расчета смешанного фоклин-призматического концентратора.

Г 1 1

•У 1

1Н< 1А,

1 м

1 1__

т —

$ $ $ $ " / / / / Г V 9 V Г <? „V

Рис 7. Распределение облученности поверхности выхода смешанного концентратора

цилиндрического отражающего фоклина и симметричной V-образной призмы, расположенной в нижней его части. Схема расчета концентратора изображена на рис 6. Призма концентратора расположена таким образом, чтобы улавливать все лучи, идущие под параметрическим углом к оси концентратора и получившие первое отражение от отражающих поверхностей.

Определена зависимость оптического КПД концентратору от высоты уо средней части призмы. Распределение облученности поверхности выхода при предельных отклонениях излучения от оси приведено на рис 7. Основная часть излучения достаточно равномерно сконцентрирована на одной половине поверхности выхода. Средняя концентрация на освещенном участке превосходит 6-7 крат. При других положениях солнца распределение облученности окажется более равномерным по всей поверхности выхода концентратора. Это позволяет испол1>зовать данные концентраторы солнечного излучения с СЭ, рассчитанными на концентрацию излучения 6-7 крат, » стационарных фотоэлектрических модулях.

В этой же главе проведены компоновки и тепловые расчеты фотоэлектрического модуля с естественной воздушной системой охлаждения и с системой охлаждения на тепловых трубах.

Естественное охлаждение позволяет удерживать температуру СЭ не выше 76°С при температуре окружающей среды в 30°С и потоке солнечного излучения 1000Вт/м2.

Графики распределения температур для случая составного фоклин-призматического концентратора (6 кратная концентрация излучения на части СЭ) при естественном теплообмене с воздухом и теплоотводящей подложкой из листового алюминия или листовой меди даны на рис 8. Из приведенных расчетов следует, что температуру СЭ удается стабилизировать на уровне 75°С. Это дает возможность использовать естественный теплообмен для охлаждения СЭ, работающих со смешанным вариантом концентратора.

В случае принудительной системы охлаждения на тепловых трубах (рис 9) получена система уравнений, которая дает зависимость между диаметром зоны конденсации

49 |4в 4 47 1 46

И

| 44 1« 42

I --Ч -—

НГ л -нЦ. т л- ч Г4

V

1

1

-+10 град -+30 град

Я Я 8 8 9 °г

Выхад

со 2 о» л

-+10 град - +30 град!

Рис. 8 а. Тепловой расчет для 25 мм СЭ и алюминиевой теплоотводящей подложки толщиной 2 мм.

Рис. 8 б. Тепловой расчет для 25 мм СЭ и медной теплоотводящей подложки толщиной 1 мм.

Рис 9. Тепловая часть модуля. 1 - испарительная часть термосифона; 2 - зона конденсации; 3 - СЭ; 4 - теплообменник.

термосифона с1, общей площади поверхности теплоотдачи Р (при отсутствии оребрения Р=яс11, где I - длина зоны конденсации тепловой трубы) и необходимой скорости обтекания охлаждающей жидкости у/ж при ее температуре Тж:

'&=а^.(бО-Гж)

/ , \0 6 / \ °-33 = О¡с''м»

[б. =а.Р-{Тк-Тх) ^ | N11 = 0.3 • Ые0'6 • Рг0-33

В случае, когда охлаждающей жидкостью служит вода, система перепишется в следующем виде:

дк=а-Г-(бО-Тж)

а-й (

= 03 • 0.7 V

960V'6 ( 4.178 • 103 • 2.88 • Ю"4^ °'33

2.88-10 ) V 0.7

Откуда получаем окончательную формулу зависимости для воды:

а V .

При стандартной скорости воды в литр/сек, что соответствует 10 см , с 1

теплообменнике 0.01 м2 модуля получаем воду, нагретую до 50°С при исходной температуре воды в 30°С. При этом общий КПД преобразования солнечного излучения комбинированного модуля составляет 64%.

Третья глава диссертации посвящена разработке схем ФМ, подбору материалов и описанию технологии изготовления концентраторов и "модулей, экспериментальным исследованиям опытного образца.

Проведен подбор материалов для призм концентраторов - огрстекло или полимерная композиция, для отражающих поверхностей - алюминий или медь. Приведена конструктивная схема фотоэлектрического модуля установленной мощностью 108 Вт, рассчитанного на напряжение 12 вольт.

Проведены экспериментальные измерения макета модуля. Измерения проводились на стенде Института Энергетики АН РУз при естественном солнечном освещении

общей мощностью 1100 Вт/м2 (измерения полной радиации проводились пиранометром типа М-8), при этом прямая составляющая радиации составляла 550 Вт/м2 (измерения прямой составляющей проводились актинометром типа М-3), при температуре окружающего воздуха 31 °С.

ВАХ модуля снимались при двух вариантах отражающей поверхности (алюминиевая и медная фольга) и при, трех вариантах ориентации модуля на солнце: угол оптической оси с направлением на солнце составлял 0, 10 и 24 угловых градуса соответственно. Кроме того, параллельно была снята ВАХ с такой же цепочки СЭ при облучении без концентрации. Результаты эксперимента приведены на рис 10. Как видно из полученных кривых ВАХ, применение медной фольги для отражающих поверхностей дало увеличение выходной мощности модуля на 10% по сравнению с алюминием.

Кроме того, по 1к.3. можно оценить уровень концентрации излучения, как 2 кратную. Благодаря одновременному увеличению U« оптимальная мощность выдаваемая модулем в 2.26 раза превосходит мощность отдельной цепочки СЭ.

Экспериментально распределение облученности поверхности выхода концентратора снималось по 10 точкам с помощью СЭ размером 1 мм и амперметра по току короткого замыкания. Элемент был закреплен на держателе, позволяющем перемещать его вдоль свободной от внутренних СЭ части фокального пятна призмокона. Шаг измерения 1 мм, точность шага 0.1 мм.

Результаты измерений при направлении на солнце и при 24 градусном отклонении приведены на рис 11. Полученные распределения похожи по форме на теоретически полученные во второй главе распределения облученности фокальной плоскости: при направлении на солнце в обоих случаях наблюдается некоторый рост концентрации в средней части, сопровождаемый спадами по краям; при максимальном отклонении в обоих случаях наблюдается наклонный и ступенчатый характер распределения.

Проведенные экспериментальные исследования доказывают адекватность численной модели поиска распределения по лучам с учетом потерь на отражение и

Рис 10. ВАХ фотоэлектрического модуля при различных углах отклонения излучения от оси призмокона (0, 10, 24 градуса) с отражающими поверхностями из медной (Си) и алюминиевой (А1) фольги и ВАХ идентичной цепочки СЭ без концентрации (Б1).

-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 поверхность выхода

0,3 0.4

Рис 11. Экспериментальное распределение облученности в плоскости выхода стационарного концентратора при различных углах отклонения излучения от оси призмокона.

прохождение. Это также позволяет использовать такие модели для расчета различных видов концентраторов.

Отличия, как в распределении, так и в концентрации можно отнести на точность изготовления концентратора, на материал призмы - органическое стекло на 7% прозрачнее вакуумного масла, а также на качество отражающих поверхностей из фольги 1 - напылёйные отражающие поверхности отражают в среднем на 10% больше излучения.

В результате разогрева СЭ уменьшается напряжение холостого хода U« и растет ток короткого замыкания ta.. Формулы пересчета изменения температуры при изменении этих параметров следующие:

ul-ul

XX_ХХ_ _ fj Л

Tt-T0 ~ мВ/град.

/1 _/"

* KJ. K.J. _ »» , л-5

Тг-Т0 ~ А/град.

Экспериментально получены U°xx=5 В , U1xx=4 В. Откуда получаем разность температур в 50°С. Зная начальную температуру окружающего воздуха 31 °С, получаем температуру СЭ равную 81°С. Такие же значения получены после преобразования показаний калиброванной термопары. Хромель-алюмелевая термопара была калибрована по двум точкам: при температуре плавления льда и при температуре кипения дистиллированной воды. Показания термопары, снятые цифровым вольтметром в конце эксперимента, составили 3.5 мВ, что соответствовало температуре 74°С. Разность показаний составляет менее 9%, что позволяет использовать в равной мере оба эти способа измерения температуры.

Измерение затененности бокового края концентратора при продольном отклонении излучения в направлении восток-запад измерялись с помощью прослеживания хода луча красного лазера. При отклонении на 75 градусов, что соответствует 10 часовому рабочему дню модуля, и высоте призмокона 4 см, область затененности составила 3 см от края. Это объясняется в первую очередь преломляющими свойствами призмокона, в результате чего резко уменьшается продольная составляющая после преломления. Дальнейшие

незначительные улучшения происходят после каждого переотражения и связаны с непараллельностью отражающих поверхностей.

Четвертая глава диссертации посвящена, разработке принципиальных схем использования стационарных фотоэлектрических модулей с концентраторами для электро и теплоснабжения сельских зданий. В ней также проведено технико-экономическое обоснование использования разработанных модулей для энергоснабжения сельских и городских потребителей.

Автономными потребителями, как правило, являются сельские районы и города, удаленные от централизованной системы энергоснабжения. Согласно проведенным исследованиям в рамках программы Министерства топлива и энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий» по России насчитывается около 10 млн человек таких потребителей на 70% территории страны.

Разработанный фотоэлектрический модуль должен быть установлен под широту местности. Вертикальная установка настенных фотоэлектрических модулей сопряжена с необходимостью ориентации под широту местности используемых в них стационарных концентраторов. Варианты расположения V и УУ - образных концентраторов приведены на рисунке. Как видно из рис 12, V - образная конструкция оказывается индивидуальной для каждой широты местности, что приводит к сложности серийного изготовления. В этом случае оказываются более эффективны криволинейные V -образные концентраторы, усеченные аналоги которых позволяют получить из-за кривизны поверхности большие концентрации, чем прямолинейные аналоги.

Напротив, - образная конструкция оказывается более универсальной, так как для изменение широты в широких пределах не влияет на конструкцию самого концентратора, а только на его наклон и на размеры дополнительной отражающей поверхности. Эти преимущества позволяют сделать универсальную конструкцию настенного модуля для различных широт.

Для определения экономической эффективности проведен анализ факторов, влияющих на выходную мощность

Рис 12 а. Схема расположения V - образных усеченных концентраторов в

настенном модуле. 1 -остекление, 2 - концентратор, 3 - теплоотвод.

Рис 12 6. Схема расположения - образных концентраторов в настенном модуле. 1 -остекление, 2,3 -концентратор, 4 - термосифон, 5 - дополнительный отражатель.

Рис 13. Схема системы солнечного отопления с использованием настенного СФЭМ. 1 - СФЭМ, 2 - система теплоотвода модуля, 3 - теплоизоляция, 4 - южная стена здания, 5 - заслонки, 6 - аккумулятор тепла (перекрытие), 7 -наружные стены, 8 - подземный воздушный канал.

фотоэлектрического модуля с концентраторами, который позволил определить коэффициент увеличения площади таких модулей по сравнению с модулям без концентраторов:

у _ ]£Дрэ

Л = V—1-

-0-977'

IХэ

где у1 г - отношение годовых сумм прихода радиации на

/ ! конц

модули без концентраторов и с концентраторами, т^онц -оптический КПД концентратора, 0.977 - коэффициент, связанный с температурой и концентрацией.

Согласно проведенной оценки стоимости установленной мощности фотоэлектрических модулей получено снижение на 35% с 4.5 $ за Вт без концентраторов до 3 $ за Вт с концентраторами. При этом стоимость вырабатываемой электроэнергии модулями с концентраторами снизилась с 35 до 23 центов за кВт ч.

Согласно проведенным в 1996 году по программе Министерства Топлива и Энергетики РФ исследованиям стоимость вырабатываемого кВт ч электроэнергии дизельными электростанциями в ряде регионов Сибири и Дальнего Востока находится в пределах 18-39 центов за кВт ч. То есть в этих регионах фотоэлектрические модули со стационарными концентраторами оказываются

конкурентоспособны с традиционно используемыми там дизельными генераторами.

В схему «Тромба» пассивной системы отопления дома за счет остекления южной "стены здания и аккумулирования тепла ограждением идеально вписывается устанавливаемый вместо остекления стационарный настенный модуль, с пассивной системой охлаждения. Схема расположения такого модуля предложена на рис 13. В этом случае система теплоотвода модуля служит для непосредственного подогрева воздуха в прослойке и в помещении. Кроме того, сам модуль может служить лучшей внешней теплоизоляцией, чем двойное остекление.

Проведена оценка замещения тепловой нагрузки сельского дома при использовании стационарных

фотоэлектрических модулей, встроенных в южную стену Тромба. В результате для средней полосы России удается заместить до 38% тепловой нагрузки здания в осенне-весенний отопительный период. Одновременное использование электроэнергии и тепла позволяет увеличить коэффициент преобразования солнечной энергии с 12% (фотоэлектрическое преобразование) до 55-60%.

Разработана программа для пользователей, позволяющая сделать экспресс-оценку компоновки и экономической эффективности СФЭС для автономных потребителей для выработки электричества и

комбинированных СФЭС для выработки электричества и тепла.

Выводы.

1. Показана целесообразность использования стационарных модулей с концентраторами на основе призмоконов. Исследованы три типа призматических концентраторов: 1) \/-образные концентраторы с плоскими и сферическими образующими; 2) Ш-образные; 3) составные Фоклин-призматические. На типы 2) и 3) поданы две заявки и получено одно положительное решение о выдаче патента РФ.

2. Разработаны конструкции призматических концентраторов с геометрической концентрацией до 4 крат и с реальными концентрациями выше 3 крат. Показана возможность замены параболических отражающих поверхностей концентраторов на отражающие поверхности в форме кругового цилиндра и получены аналитические соотношения для этих концентраторов. При этом доказана теорема существования и единственности и теорема оптимальности на получение максимальной концентрации, показывающие возможность успешной замены параболы на окружность.

3. Сравнение оптико-энергетических характеристик V-образных (КГ1Д=70%, К=3.5), \Л/-образных (КПД=75%, К=4) и составных (КПД=75%, К=4) стационарных концентраторов показало, что при лучшем оптическом КПД УУ-образные и составные концентраторы дают большие степени концентрации излучения. Составные концентраторы

оказываются менее материалоемкими, чем \/У-образные, и рекомендуются для применения в разработанных фотоэлектрических модулях.

4. Проведены тепловые расчеты для варианта пассивного охлаждения СЭ с помощью воздушного радиатора, и варианта принудительного охлаждения с помощью тепловых труб и теплообменника. СЭ термостабилизируются при температуре 75°С. Расчетный суммарный КПД комбинированного солнечно-теплового модуля составил 64%.

5. Проведены натурные испытания макетных модулей, показавшие возможность их работы в стационарных условиях и адекватность созданной математической модели.

6. Проведен экономический расчет стоимости различных типов модулей. Использование концентраторов снизило величину стоимости установленной мощности с 4.5 до 3 $/Вт, а стоимость кВт часа вырабатываемой электроэнергии с 0.35 до 0.23 $. Показана целесообразность использования фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами в конкретных пунктах, предложенных в программе Министерства топлива и энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий».

7. Разработаны варианты использования стационарных модулей для электро и теплоснабжения сельских зданий, в схеме дома со стеной Тромба. Использование модулей позволяет кроме получения электроэнергии также покрыть до 38% тепловой нагрузки здания в отопительный период в условиях средней полосы России. Суммарный КПД преобразования солнечного излучения для производства электричества и тепла составляет 55-60%.

Список опубликованных работ.

1. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Кивалов С.Н. Концентраторы для фотоэлектрических станций. / Возобновляемая энергетика для сельского хозяйства. Научные труды. Том 86. М.: ВИЭСХ, 2000, с. 26-34.

2. Кивалов С.Н., Тверьянович Э.В. Возможность создания фотоэлектрического модуля со стационарными концентраторами. // Гелиотехника 1999, №6, с. 65-71.

3. Кивалов С.Н., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Исследование класса призматических У-образных стационарных концентраторов со сферическими образующими. // Гелиотехника 2000, №1, с.76-81.

4. Кивалов С.Н. Использование фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами для энергообеспечения сельских потребителей. // Материалы 2 Международной научно-практической конференции "Экология и сельскохозяйственная техника". 25-27 апреля. Том 3, СПб: СЗНИИМЭСХ, 2000, с. 78-84.

5. Кивалов С.Н., Тверьянович Э.В. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2000101522 «Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором» с приоритетом от 24.01.2000.

6. Кивалов С.Н., Тверьянович Э.В. Метод расчета стационарных концентраторов с отражающими поверхностями в форме окружности. // Гелиотехника 2000, №2. В печати.

7. Кивалов С.Н., Тверьянович Э.В. Экспериментальное исследование фотоэлектрического модуля со стационарным \/-образным призматическим концентратором. // Гелиотехника 2000, №3. В печати.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса по использованию концентрированного солнечного излучения в фотоэлектрических модулях. ¿2.

1.1. Обзор состояния солнечных элементов. 1 **

12, Обзор состояния концентраторов.

1.2.1 .Поеломляюицие концентраторы. 1.2.2.Отражающие концентраторы.

1.2.3. Стационарные концентраторы.

1.3. Обзор состояния сЬотоэлектоических модулей с различными типами концентраторов.

1 АОрганизаидя теплоотзода от солнечных элементов. 3 *

Постановка задач диссертации. ^ *

ГЛАВА 2. Аналитическое исследование и синтез схем стационарных концентраторов для фотоэлектрических и комбинированных модулей. ^

2.1. Расчет и моделирование оптимальной отражающей поверхности со сферической образующей для работы в стационарных условиях. Преимущества сфероцилиндрических фоклинов.

2.2. Расчет т моделирование принципиальных схем стгамонарных концентраторов. Выбор оптимальных вариантов.

2.2.1. Монолитные призматические концентраторы.

2.2.1.1 .Линейный У-образный призмокон. ^

2.2.1,2.Сфероцилиндрический У-образный призмокон. ТО

2.2.2. Составные призматические концентраторы. ТТ 2.2.2.1 .Сложный призматический \А/-образный концентратор. 2.2.2.2. Смешанный Фокпин-призмоконный концентратор.

2.3. Разработка схемных решений и тепловой расчет комбинированных модулей. °

2.3.1. Естественный теплообмен с воздухом.

2.3.2. Охлаждение с помощью тепловых труб.

ГЛАВА 3. Разработка и экспериментальное исследование модулей со стационарными концентраторами.

3.1. Описание конструкции фотоэлектрического модуля со стационарным концентратором и пассивной системой охлаждения.

3.1.1. Выбор материалов для защитного стекла т для призм концентраторов. т °

3.1.2. Изготовление концентратора. % О

3.1.3. Осуществление оптического и теплового контактов СЭ ш электрическая схема модуля. УЗ

3.2. Экспериментальные исследования фотоэлектрического модуля.

3.2.1 .Сборка экспериментального образца. ?

3.2.2. Результаты экспериментальных испытаний.

Глава 4. Разработка схем и технико-зконсаличесше показатели применения модулей со стационарными концентраторами для энергообеспечения автономных потребителей.

4.1. Схемы использования модулей со стационарными концентраторами для получения электричества.

-f. 1.1. i Di ус ¿ ÜÍÍÍOBiU^ w ü iiíiO^у'Л0Й. SO

4.1.2 .Технико-экономическое обоснование использования фотоэлектрических модулей для электроснабжения сельских потребителей.

4.1.2.1. Анализ факторов, влияющих на изменение мощности фотоэлектрического модуля со стационарными концентраторами солнечной энергии по сравнению с модулем без концентраторов.

4.1.2.2. Оценка стоимости вырабатываемой электроэнергии модулями со стационарными концентраторами. юо

4.2.Схемы использования модулей со стационарными концентраторами для получения тепла и электричества. ios

4.2.1 .Использование настенных модулей со стационарными концентраторами со стенами Тромба. Ю2>

4.2.2. Оценка замещения тепловой нагрузки здания при использовании модулей с пассивной системой охлаждения встроенных в стену Тромба.

Развитие общества и уровень жизни населения любой страны связаны с обеспечением энергией. Энергетика является базовой отраслью, от состояния которой зависят объемы промышленного и сельскохозяйственного производства, обеспечение продукцией населения страны, поддержание высокого уровня жизни, работа транспорта и связи.

В настоящее время большая часть производимой электрической и тепловой энергии вырабатывается на ТЭЦ, работающих на органическом топливе. Производство электроэнергии сопровождается не только химическим загрязнением окружающей среды и истощением ограниченных природных ресурсов, но и приводит к «тепловому загрязнению» Земли. Считается, что для того, чтобы избежать необратимых изменений климата, суммарная выработка энергии на Земле не должна превышать 1% то всей энергии, приходящей на Землю от Солнца (около 1.5-1024 Дж в год) [1,2, 150]. Использование атомных электростанций сопряжено с проблемой переработки радиационных отходов и опасностью радиационного заражения. Все это приводит к необходимости пересмотреть перспективы развития энергетики в новом тысячелетии.

Исследования последних лет [3,4] показали, что для решения возникших проблем перспективно использование возобновляемых источников энергии. К ним относятся природные циклы и процессы: излучение солнца, энергия ветра, волн и рек, геотермальная энергия. Все они обладают тем преимуществом, что практически неисчерпаемы, не загрязняют окружающую среду и не требуют затрат на их добычу. В основе же практически всех видов возобновляемых источников энергии лежит энергия излучения Солнца. Вклад Солнца в энергетический баланс Земли в несколько тысяч раз превышает вклад всех других источников. Благодаря ему происходят все энергонакопительные процессы на Земле, но и при этом накапливается не более 1% от приходящей на Землю энергии. Остальная часть 99% превращается в тепло или излучается обратно в космос.

Актуальность темы.

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 [2,8].

Этот вывод базируется на результатах фундаментальных исследований [10, 146-147], в результате которых созданы СЭ с КПД 27-28%, в том числе из арсенида галлия с КПД до 35% [2,9], а теоретический предельно достижимый КПД для кремниевых фотоэлементов составляет 44%. Совершенствование технологии изготовления СЭ позволило снизить стоимость установленной мощности ФМ до 4,5-5 долларов за 1 Вт.

Тем не менее, высокая стоимость СЭ все еще является основной причиной, сдерживающей создание СФЭС промышленно значимых мощностей. Экономически выгодным, оказывается, использовать станции небольшой мощности для энергообеспечения автономных потребителей, удаленных от электрических сетей более чем на 50 км - около 10 млн. человек, проживающих на 70% территории России [161,162].

В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом ведутся работы по снижению стоимости СФЭС. Существует два направления снижения стоимости СФЭС: первое - улучшение технико-экономических характеристик традиционных СЭ; второе - создание СФЭС с концентраторами.

Возможны различные пути снижения стоимости СЭ для преобразования неконцентрированного солнечного излучения, одним из которых является совершенствование технологии изготовления СЭ и уменьшение удельного расхода дорогостоящего кремния «солнечного качества», который в 100 раз дороже неочищенного кремния; в частности, использование пластин кремния из отходов полупроводникового производства; использование менее дорогих материалов: ленточного поликристаллического или тонкопленочного аморфного кремния или материалов, обеспечивающих получение элементов с более высоким КПД (арсенид галлия, арсенид алюминия и т.п.) и ряд других [9].

Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения также является достаточно перспективным направлением и поэтому усиленно разрабатывается в последние годы [2, 9, 10, 146-148]. Применение концентрирующих систем позволяет существенно уменьшить расход дорогостоящего полупроводникового материала (пропорционально коэффициенту концентрации).

Теоретические аспекты, физические основы и перспективы фотоэлектрического метода преобразования энергии концентрированного солнечного излучения освещены в основополагающих работах [2, 10, 146-148]. Большой вклад в развитие фотоэлектрического метода преобразования концентрированного солнечного излучения внесли такие отечнственные ученые как Андреев В.М, Апариси В.А., Баранов В.К., Баум В.А., Васильев А.М., Вейнберг В.Б., Евдокимов В.М., Захидов РА, Каган М.В., Колтун М.М., Ландсман А.П., Лидоренко Н.С., Стребков Д.С., Тарнижевский Б.В., Тепляков Д.И., Унишков В.Л. и многие другие.

Стоимость систем, работающих при средних и высоких концентрациях, складывается из стоимости системы слежения, системы принудительного охлаждения СЭ и стоимости СЭ. Использование стационарных концентраторов позволяет упростить конструкцию СФЭС и снизить ее стоимость, исключив из нее первые два компонента. Поэтому возникает проблема создания дешевых концентраторов, работающих без систем слежения и обладающих приемлемыми оптико-энергетическими характеристиками.

Хорошо изученные на сегодняшний день фоклины [13] могут работать в стационарном режиме, но они обладают очень неравномерным распределением энергии на выходе особенно при отклонениях потока излучения от оси концентраторов на углы, близкие к параметрическим углам [14,15]. Эти недостатки ограничивают их использование в качестве концентраторов солнечного излучения для СЭ из-за ухудшения выходных показателей СЭ [16].

Проблема создания солнечных стационарных концентраторов успешно решена при использовании призматических концентраторов (в дальнейшем -призмоконов) [17-19]. Они могут работать в стационарном режиме и обладают удовлетворительным распределением излучения на поверхности выхода, что позволяет использовать их вместе с СЭ. Однако степень достижимой концентрации для известных концентраторов такого типа все еще остается низкой (до 2 крат).

В этой связи недостаточная изученность возможностей использования стационарных концентраторов солнечной энергии при низких степенях концентрации (3-5 крат), недостаточная изученность оптических и теплофизических характеристик, влияющих на создание эффективных фотоэлектрических модулей с такими концентраторами, обусловливают актуальность исследований в этом направлении.

Целью работы является создание концентрирующих оптических систем с призматическими концентраторами с концентрацией от 3 до 5 крат и стационарных фотоэлектрических модулей на их основе.

Для достижения основной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработать математические модели стационарных призматических концентраторов.

2. Исследовать оптико-энергетические характеристики стационарных концентраторов в зависимости от геометрии отражающих и преломляющих поверхностей.

3. Исследовать схемы комбинированных модулей со стационарными концентраторами для выработки электричества и тепла.

4. Исследовать экспериментальные характеристики макетных образцов фотоэлектрических модулей с концентраторами.

5. Провести технико-экономическое обоснование использования фотоэлектрических и комбинированных модулей для электро и теплоснабжения автономных сельских потребителей.

Методы исследований. В процессе выполнения работы применялись аналитические и экспериментальные методы исследования. Для анализа и получения оптимальных результатов использовались методы математического моделирования с использованием современных языков программирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны математические модели и методики расчета стационарных призматических концентраторов и проведена оптимизация их оптико-энергетических характеристик.

2.Разработаны и исследованы два новых типа стационарных концентраторов на основе сочетания отражающих и преломляющих поверхностей, на один из которых получено положительное решение о выдаче патента РФ. Показана возможность создания стационарных концентраторов с образующими в форме на окружности. При этом доказаны две теоремы, показывающие возможность успешной замены параболы на окружность.

3. Разработаны схемы, программы и методики расчета фотоэлектрических и комбинированных модулей со стационарными концентраторами для обеспечения энергией сельских зданий и сооружений.

4. Проведены экспериментальные исследования оптико-энергетических характеристик фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методики расчетов и математические модели новых типов стационарных концентраторов на основе сочетания фоклина и призмы.

2. Программа и методики расчета характеристик фотоэлектрических модулей с концентраторами.

3. Результаты экспериментальных исследований оптико-энергетических характеристик фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами.

4. Схемы стационарных фотоэлектрических и комбинированных модулей для обеспечения энергией сельских зданий и сооружений.

Практическая ценность работы.

В результате проведенных исследований разработаны два новых типа стационарных призматических концентраторов с геометрической концентрацией около 4 крат, на основе которых осуществлена разработка фотоэлектрического модуля с СЭ установленной мощностью 108 Вт.

Работа выполнена в рамках тематического плана и программы работ по НИР и ОКР по контракту с Минтопэнерго № 99-14-21 от 12.11.99.

Проведено технико-экономическое обоснование использования стационарных фотоэлектрических модулей для энергоснабжения потребителей в пунктах, предложенных для размещения СФЭС по программе Министерства Топлива и Энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий».

Разработана программа для пользователей, позволяющая сделать экспресс-оценку компоновки СФЭС для автономных потребителей для выработки тепла и электричества.

Разработанная в рамках диссертации методика расчета технической и экономической эффективности модулей со стационарными концентраторами и программа для расчета параметров фотоэлектрической станции со стационарными концентраторами переданы для включения в учебный процесс на кафедре «Нетрадиционных и возобновляемых источников энергии» в МЭИ, а также на кафедре «Теплотехники и применения теплоты в сельском хозяйстве» в МГАУ им. В.П. Горячкина.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

Во введении обосновывается актуальность темы, рассматривается ее научная новизна и практическая ценность, приводятся положения, выносимые на защиту, кратко излагается содержание работы.

Первая глава диссертационной работы включает в себя обзор работ, посвященных фотоэлектрическому преобразованию солнечной энергии в электрическую, современное состояние разработок и исследований в области фотопреобразователей, концентраторов, фотоэлектрических модулей и способов теплоотвода от фотоэлементов. Приведена постановка задач диссертации.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованиям в области создания и оптимизации сферических отражающих поверхностей для стационарных концентраторов, а также разработке новых типов призматических стационарных концентраторов с образующими различного типа. В нее входят описания математических моделей разработанных концентраторов, аналитические исследования их оптико-энергетических характеристик, а также тепловой расчет для фотоэлектрических и комбинированных модулей с этими концентраторами.

Третья глава диссертационной работы посвящена экспериментальным исследованиям опытных фотоэлектрических и комбинированных модулей со стационарными концентраторами, а также описанию технологии их изготовления,

В четвертой главе проведена разработка принципиальных схем использования фотоэлектрических и комбинированных модулей для электро и теплоснабжения сельских зданий. Сделан анализ факторов, влияющих на изменение мощности станций со стационарными концентраторами, проведено технико-экономическое обоснование использования стационарных

11 фотоэлектрических модулей для энергоснабжения потребителей в пунктах, предложенных для размещения СФЭС по программе Министерства Топлива и Энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий». В этой главе также описана разработанная и реализованная в среде Windows программа пользователя для экспресс-расчета параметров фотоэлектрических станций со стационарными концентраторами для обеспечения электричеством и частичного покрытия тепловой нагрузки автономных потребителей.

Выводы по главе 4.

В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Разработаны варианты использования стационарных модулей для энергоснабжения сельских зданий, из которых наиболее удачным оказалось использование их в схеме дома Тромба.

2. Проведен анализ факторов, влияющих на изменение мощности фотоэлектрического модуля со стационарными концентраторами солнечной энергии по сравнению с модулем без концентраторов, в результате которого получено выражение для коэффициента пересчета площади модуля с концентраторами по сравнению с модулем без концентраторов.

3. С учетом полученной поправки проведен экономический расчет стоимости различных типов модулей для срока окупаемости 20 лет в условиях инфляции и получения прибыли. Благодаря использованию концентраторов удается снизить величину стоимости установленной мощности с 4.5 до 3 $ за Вт, а стоимость кВт часа вырабатываемой электроэнергии с 0.35 до 0.23 $.

Ill

4. На территорий, предложенных в программе Министерства Топлива и Энергетики, стоимость кВт ч электроэнергии, полученной от традиционных источников, составляет 18-39 центов. Поэтому фотоэлектрические модули со стационарными концентраторами оказываются конкурентоспособны на большей части этой территории.

5. Проведен расчет замещения тепловой нагрузки здания в отопительный, период при использовании комбинированных модулей с пассивной воздушной системой охлаждения, встроенных в стену Тромба. Использование модулей позволяет кроме получения электроэнергии также покрыть до 38% тепловой нагрузки зданий в условиях средней полосы России. Суммарный КПД преобразования солнечного излучения для производства электричества и тепла составляет 55-60%. Для обеспечения средней нагрузки электроснабжения одного дома достаточно 6 модулей установленной мощностью по 100 Вт, которые экономят за отопительный период (В месяцев^ до 0.4-0.48 t.v.t.

Заключение.

По результатам выполненной работы сделаны следующие выводы:

1. Показана целесообразность использования стационарных модулей с концентраторами на основе призмоконов. Исследованы три типа призматических концентраторов: 1) У-образные концентраторы с плоскими и сферическими образующими; 2) УУ-образные; 3) составные Фоклин-призматические. На типы 2) и 3) поданы две заявки и получено одно положительное решение о выдаче патента РФ.

2. Разработаны конструкции призматических концентраторов с геометрической концентрацией до 4 крат и с реальными концентрациями выше 3 крат. Показана возможность замены параболических отражающих поверхностей концентраторов на отражающие поверхности в форме кругового цилиндра и получены аналитические соотношения для этих концентраторов. При этом доказана теорема существования ш единственности и теорема оптимальности на получение максимальной концентрации, показывающие возможность успешной замены параболы на окружность.

3. Сравнение оптико-энергетических характеристик У-образных (КПД-70%, К-3.5), УУ-образных (КПД=75%, К=4) и составных (КПД=75%, К=4) стационарных концентраторов показало, что при лучшем оптическом КПД УУ-образные и составные концентраторы дают большие степени концентрации излучения. Составные концентраторы оказываются менее материалоемкими, чем УУ-образные, и рекомендуются для применения в разработанных фотоэлектрических модулях.

4. Проведены тепловые расчеты для варианта пассивного охлаждения СЭ с помощью воздушного радиатора, и варианта принудительного охлаждения с помощью тепловых труб и теплообменника. СЭ термостабилизируются при температуре 75°С. Расчетный суммарный КПД комбинированного солнечно-теплового модуля составил 64%.

5. Проведены натурные испытания макетных модулей, показавшие возможность их работы в стационарных условиях и адекватность созданной математической модели.

6. Проведен экономический расчет стоимости различных типов модулей. Использование концентраторов снизило величину стоимости установленной

113 мощности с 4.5 до 3 $/8т, а стоимость "В"*" часа вырабатываемой электроэнергии с 0.35 до 0.23 $. Показана целесообразность использования фотоэлектрических модулей со стационарными концентраторами в конкретных пунктах, предложенных в программе Министерства топлива и энергетики РФ «Энергообеспечение северных территорий».

7. Разработаны варианты использования стационарных модулей для электро ¡л теплоснабжения сельских зданий, в схеме дома со стеной Тромба. Использование модулей позволяет кроме получения электроэнергии также покрыть до 38% тепловой нагрузки здания в отопительный период в условиях средней полосы России. Суммарный КПД преобразования солнечного излучения для производства электричества и тепла составляет 55-60%.

1. Лидоренко Н.С., Стребков Д.С. Нетрадиционная энергетика. М.: Знание. 1986, 64с.

2. Андреев З.М, Грилихес В .А., Румянцев В .Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград:1. Наука. 1989, 310с.

3. Праведников Н.К. Об энергетике завтрашнего дня. // Теплоэнергетика. 1993, №6, с. 8-11.

4. Волков Э.П. Прогноз развития нетрадиционной энергетики в начале XX) века по данным Конгресса Мирового энергетического совета. // Теплотехника,1993, №6, с.28-34.

5. Стребков Д.С. Использование фотоэнергетики в агропромышленном комплексе.

6. Муругов В.П., Мартироеов С.Н. Солнечное электричество с 1000 крыш в Германии. // Возобновляемая энергия. 1998. №4, с.3-6.

7. Пинов А.Б. Программа США «Миллион солнечных крыш». // Возобновляемая энергия. 1998. N24, с./-10.

8. Васильев A.M., Ландсман А.П. Полупроводниковые преобразователи. М.: Сов. Радио, 1971.-c.246.

9. Колтун М.М., Полисан A.A., Шуроз К.А. ч др. Солнечные элементы и батареи ./Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1989. Т.9.

10. Ckokob Ю.В., Закс МБ. и др. II Тез. Докл. I! Всесоюзной конференции по возобновляемым источникам энергии. Черноголовка. 1985, т. 2, с. 40-41.

11. Баранов В.К. Новые концентраторы излучения и перспективы их применения в оптике и гелиотехнике. Труды ГОИ, том 45, вып 179,1974, с 57-70.

12. Wilis D R. & Giütranich I.E. ideal p«ism .solar coiicentrators. Soi&r Energy. Voi 21 •й7й. Po. 423 »430.

13. Тзерьянович Э.В. Выё-ор конструт/тных параметров призменныхконцентраторов солнечной энергии. Гелиотехника №6,1981г. с 16-19.

14. К.Б, Тзерьякс^-н Э.В. Светспотери а прмза/юнных концентраторах. Гвкжггехника Ыэв, 1982. с 17-21. 20Разгоняев Ю.В., Нагайкин A.C. Результаты натурных испытаний фотоэлектрической станции микрорайона. «Солнечный». // Гелиотехника. -s99 i. №2, с. 33-37.

15. А., Фои)гт Д. Гетеропереходы т переходы метэллополупроводн^ков., a/L 1S75, с. 142 -135.

16. Колтун М.У. Солнечные элементы. М.: Наука, 1987.

17. Колтун УМ Оптика и йнегрология солнечных элементов. IVL Наука, 1985, с.200.

18. MR. Silicon solar energy converters. /7 J. Appi. Phys, 1965, v. 26, №4, p.

19. Sir:ton RA, Kwork Young., Can !.Y., «27.5 percent silicon concentrator sofer cms» // IEEE. Electron/ Device feit. 1888, 7. #10, p. 567-569/

20. ЗО.Савченко И.Г. Смирнова А.Н., Таонижеьокий 5.Б, О температурном режиш* фотоглзктр-чееюлх генераторов с концентраторами солнечного излучения при еоадушном охлаждент// Г&пкотахнкка, 1968. №4, с.19-25.

21. Лйдореько И.С., Жукоа л.Б., Наомуглин Ф.Х., Тверьяновмч Э.Е. Перспективы жяользов&икя линз Френеля для концентрирующих систем гепмотвхничеекйхустановок. // Гелиотехника. 197 7. с. 22-25.

22. Hastings L.J. Proc. 1а South Eastern Cont'. Applications of solar energy. 1S7S. p. 333.

23. Каряшн H.A. Световые пркборь?. M.: 1975. 335 с.

24. Таерьяновмч Э.В., Жуков КВ., Красина Е.А., Фаберов A.M. Оптико-энергетически Ааралтерисгики гшг.^ Ф^к&пя. 3 ,ч.,;; ;г,••;.; ¿^.'¡нечногс излучения для фотоэлахтр^чеешх установок. Л.: Эьергоатомиздат. 1S86, с. 9-11.

25. Hamakawa Josnihiro. : Solar Photovoltaic receni progress and its new roie. // Gpioetecirorv. Devices «пЗ Technol. 1990 - 6, 113-125.

26. Гвоздева H.H.: К.И. Прдаяадкйя опту?^ t" оптачесше «/шяерения. роекче, 1378.

27. Dang A. Concsntrators: a review. // Energy conversion and nwiage-rnani. 1988, j. 26, p. 11-26.

28. Б. Вейнбей". Зеркала, концентрирующие солнечные лучи. // Труды ГОН тойй ХХШ, вып 140. М.:1964.

29. Г.Я, УЪароз., А.ПК Шгрэф!я. Кочце^тр^торм г изображением *т;мд.з кольца, // Гелиотехника, 1S69, №4, с. 24,

30. MB., Бараков В.К. Графический .метод расчета конических фококоа. // Гышотехнша. ISoo, Ш4, с.22.

31. ЗЗ.Захмдоа РА. Зеркальные сметены концентрации лучистой энергии. Ташкент: «»АН, 1986. 176 с.44.3ахидов Р А., Умаров Г.Я., Вайнер А А Теория i* расчет гелиотехническихкокцзчтриру!сщ!!х систем. Ташкент: ФАН, 1977.144 с.

32. Апарисм р.Р. Концентрация солнечной энергии в гелиотехнических сооружениях, Автореф. Канд. Дисс., Мл 1955,

33. Апийлов А.К., Алавутдинов Дж.Н. и др. Опыт ссздзлмя концентраторов для модульных фотоэлектрических установок. // Концентраторы солнечного излучений для фотоэлектрических установок. Л.: Знергоатомиздат. 1986.

34. Мсвиков В.В., БарЗг'~~ В.К, Г"П"отexHvra. 1965. №5.

35. ТзЬсг И. P'onik' L. °ome psps?r, p. 64.бб.Умароа Г.Я., '(ородуб H.B. и др. Гелиотехника. 1965. №№4-5.57.5араноа В.К. Методы расчета профилей фоконов и фоклинов. Я Гелиотехника. 'Ш/6. Шв.

36. Папанов В.К. Сочетание фоконов ы фоклмнов ¿ лрмамникапй ^злучемжк // Гелиотехника, Ш/7. №1.

37. Бзряи<>з В .К., Еряслявская MB. Укороченные фоконы и фокл.рчы. it Гелкотзхккка. 1077. №3, с.25.

38. Winsion R. j. Opt. Soc. Am. 80, 245. '«ЭТО.

39. SS.Harting Е., Mills D.R., Giutranich J.E. No» tracking phoioviiiaic concentrators. //

40. Гр1"Лкхес B.A., Орлоз П.П., Попов Л.Б. Солнечная энергия и космические лилты. т. Наука. 1934. 218 с.

41. Михеев МА Основы теплопередачи. М.: Госэнерпжздат. 1956.

42. Васильев Л.Л., Граксзич Л.П., Хрустзлез Д.К. Тепловые трубы н системах с " . : „л;- источниками окарин. Минск: Наука и техника. 1SS8.

43. I,. j, ,fS "7 1 Конструирование м&аны -л агрегато* систем и.*., I. М.: Машиносфсеише. .076. ^ <- . . ¡.'«cm А.И. и до Модуль фотоэлектрической установки на кремниевых фотоэлементах с концентраторами. // Гелиотехника. 1986. Ш4. с. 74-75.

44. S3.Feldman !1Т., Кеппэу D.D. Analysis of a passive heat pipe cooled solar phox-vojiBio receiver. // Energy engineering, inc. Albuqiierq'ja, MM, Contract 007ЬЭ. ¡üöu. S7p.

45. Feldman K.T., Moreen D.L. Design of a heat pipe absorber for concentrating waterheater. // aIAA- Paper. 1960. NslSÜÖ, l7p. В5,Колтун м.М. Сел^ктияные оптм«ескме поверхности преобразователей

46. ССЛ-фэчной энэрп'". !>,!: Нау".а. 197$.

47. Н.К., Храл&доч А.Ф., Тадж^юе У.А. Модуль солнечной фотоэлектрической станции а хс-нцентрето^ййй. // Судостроительная промышленность. J 950. Вып. 14, с.47-48. л7,Ноймцк!'!1<« Л .А,, Степанов В Ж Оптические свойства материалов пры низких

48. М.: Машиностроение. 1900. 88Ландеберг г,С. Orrrvtm. М.: Наука. 1976. 928 с.

49. Kpyrep M.Я. и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Л.: Машиностроение. 1967. 760 с.

50. Каледин Б.Ф. и др. Производство оптико-электронных " приборов. М.: Машиностроение. 1981. 303 с.91 .Енохович A.C. Справочник по физике. М.: Просвещение. 1978. 415 с.

51. Сакин ИЛ. Инженерная оптика. Л.: Машиностроение. 1976. 288 с.

52. Стребков Д.С., Тверьянович З.В. и др. Авторское свидетельство № 1141368 «Концентратор солнечного излучения» от 22.10.1984. Бюл. №7 1985г.

53. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука. 1984. 832 с.

54. Бронштейн И.Н., Семендяее К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука. 1981. 720 с.

55. Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В. Программирование для математиков. М.: Наука. 1988. 384 с.

56. Файсман А. Профессиональн об программирование на Турбо Паскале. Inío&F. 1992.270 с.

57. Даффи Дж.А., Бекман У .А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир. 1977.

58. Мак-Адамс В.Х. Теплопередача. Металлургиздат. 1961.

59. ЮО.ТаЬог H., Radiation Convection and Conduction Coefficient in Solar Coliectors. /7 Bull. Res. Coun. Israei, 6C, 155 (1958).101 .Справочник по теплообменникам: в 2 т./ Под ред. Петухе ва B.C., Шикова В.К. У.: Энергоатомиздат. 1987.

60. О.Поль P.S. «¿ехзникз, рустика, учение о теплоте. ML: Наука. 1971. 480 с.

61. I .Пе-регудсз Ф.'/!., Тарасенко ФЛ. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа. 1S89.387 с.11 ¿.Технология скстешшого модешро&анмя. / Псд ред. акад. АН СССР

62. Емельянова С.В, М.: Машиностроение. 1988. 520 с. 113,Хасс Г., "Гун Р.Э. Физика тонких пленок. Той iL М.: Мир. 1967 396 с. ■И^.Спрзгочиик ло пластическим массам. В 2-х томах. / Под ред. М.И.Гарбара.

63. Литературы. 1362- 747 с. Ily.ii^rbe под давлением. / Под. Ред. Брагинского В А Л.: Изд. «Химмя». 1373. 80 с.

64. ЖШинайчев В.Е. Нанесение пленок в вакууме. ¡VL Высшая школа. 1Ö89. 110с.121 .Слуцкая В .В. Тонкие пленки в технике сверхвысоких частот. Л.:

65. Гссзкер. w;. 1962. 400 с. ¡22 .Королев Б./l й др. Основы вакуумной техники. ¡VL Энергия. 1975. 416 с. s23.3ojioTapaa ММ, Металлйзатор- вакуумщик, ы.: Высшая школа. 1978. 239 с.

66. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: Металлургия. 1374. 559 с.

67. Гучер ё.А Защиту отражающей поверхности зеркал, используемых в -елиотехиикз, // Гел^отехнита №4. 1990, ü. 68-70.

68. Хосуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение. 1975.

69. Хосуй А. Мормгаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение. 1985. ¡31 .Клеи и герметики. / Под. Ред. Кардашеша ДА М. аХимя^. 1976. 200 с. 132.Раскатов В.¡vi ш др. Машиностроительные материалы. Краткий справочник.

70. М.: МашииостроФН^. 1980, 511 с. 133.Энциклопедия неорганических материалов. В 2-х томах. / Под ред. Федорченко И.М. Киев: Главная редакция украинской советской "нц":слопчд:т-1. 1977.

71. Неметьплйческие материалы. Справочник. / Под род, Суслова Mil Москва

72. Свердловск: МАШШЗ. 1362. 360 с. ïo5.f¡. Дйп. U. гш. Тепловый трубы. SV¿,. Энергия 1978. 272 и.

73. Базарова Ф.Ф., Колесова Л.С. Клеи в производстве радиоэлектронной аппаратуры. Ы.: Энергия. 1975,112 с.

74. Сабади П. Солнечный дом. Ш:, Строймздат. 1981.112 с.-vi.И., Зимин E.H. Оценка экономической эффективности систем солнечного теплоснабжения. М,: 1888. 48 с.

75. Рекомендации по определение энергетической 'л экономической эффективности пзяйоеистам теплоснабжения жмпых и единственных зданий s Средней , / inv, Р@Д. Насонова Е.А. Талант: 1986. 46 с.

76. Tae¿üííHc£:/í4, Д.1/1. Таллякси. Разработка фотоэлектрических систем на раапсженмя солнечного йапумен^я а слектр ш использования фотопреобр^зователей различного типа. И Гелиотехника 1995 Ш4.

77. В.В, /\фяк. Концентрирующая способность голографической яянзы. // Гелеттехнун'а 1390 М!*1. с.19.

78. IVindôïn W., Stojanoff Ch. G. Development of high efficiency holographic solar сслсешашз. il Pf oc. Soc. Phoio-opt. »nsir. Eng. 1985 N»562, p. 67-74.

79. Xpamún СЛ., Мамонтова Л.И. Метеорологический справочник. Л.: Гидрокдетеоиздат. 1963.

80. СССР.!' -котахн^ха 1339 Ш.157.3околей С. Солнечная энергия к стрсгггапьство. М.: Строй^здат, 1978.оЬ.д.Ьа.оо о. Основы гехиологии систем фотоалектричеслЫ знергшжи. /> Гелиотехника 1992, ЬШ, с. 95,.

81. Пр"по:"9Н''- 3. ^л^гритма расчета концентрации, потэрь и06.nV4©HH0CTw гЬоКЗЛЬЧОЙ ПОВвКУКНОСТИ ОЛЯ VoaaHüfG квивог.» ¿»-¡ийисго ¿онцеп гратора.начало1i.