автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка систем энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами автономных сельскохозяйственных объектов Забайкалья

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК (РАСХН)

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ГНУ ВИЭСХ)

СОДНОМОВ Баир Иванович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ С АСИММЕТРИЧНЫМИ ПАРАБОЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ КОНЦЕНТРАТОРАМИ АВТОНОМНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Специальность: 05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

Научный руководитель:

академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Огребков Дмитрий Семенович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Полисан Андрей Андреевич

кандидат технических наук, Трушевский Станислав Николаевич

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Защита состоится

2004 года в

на заседании

Диссертационного совета Д 006.037.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г. Москва, 1-ый Вешняковский проезд, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим выслать по адресу: 109456, г. Москва, 1-ый Вешняковский проезд, д. 2, Ученый совет ГНУ ВИЭСХ.

тел.: (007-095)-! 71-19-20, телефакс: (007-095)-170-51-01, e-mail: viesh(a).dol.ru

Автореферат разослан

_2004 г

Ученый секретарь диссертационного совета

А.И. Некрасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования обусловлена следующим:

1) наиболее перспективным возобновляемым источником энергии (ВИЭ) для применения в системах энергоснабжения автономных сельскохозяйственных объектов в условиях Забайкалья является солнечная энергия;

2) необходимостью предварительной укрупненной оценки доступного потенциала ВИЭ края и разработки рекомендаций по приоритетам в применении ВИЭ для последующей детальной разработки региональной программы устойчивого развития энергоснабжения Забайкалья;

3) необходимостью определения и исследования основных направлений развития систем устойчивого энергоснабжения в сельскохозяйственном производстве Забайкалья и его рекреационных зон на основе комплексного применения ВИЭ и традиционных видов топлива;

4) необходимостью определения направлений устойчивого развития энергетического сектора и экономики всего региона.

При сложившемся современном состоянии проектирования и практического использования научно-технических разработок в сфере возобновляемых источников энергии (ВИЭ), результатом является высокая стоимость получаемой электрической энергии и теплоты по сравнению с системами на основе традиционных видов топлива Реализованные проекты теплового и фотоэлектрического оборудования имеют невысокий КПД по причине неэффективного использования оборудования и вырабатываемой энергии. В настоящее время оборудование для выработки электричества, горячей воды и теплоты применяется независимо друг от друга, что приводит к повышению капитальных затрат, занимаемой площади и низкой эффективности установок. В то же время существуют устойчивые тенденции снижения стоимости энергии, получаемой от возобновляемых источников, обусловленной научными достижениями в области совершенствования методов и оборудования в сфере их использования и повышением в регионе тарифов на электрическую энергию, получаемую в основном от сжигания ископаемого топлива, обусловленной повышением цен на технологии добычи и транспортировку топлива к потребителю. Непрерывный рост тарифов на традиционные энергоносители заставляет сельскохозяйственных производственников экономнее расходовать энергию, применяя наиболее эффективные технические средства и режимы работы оборудования, что рассматривается как одно из основных условий устойчивого энергоснабжения. В данной ситуации необходима корректировка основных направлений развития ВИЭ в крае и разработка региональной программы устойчивого энергоснабжения, рекомендующая для применения в регионе наиболее обоснованные и целесообразные по экологическим, технико-экономическим и социальным параметрам виды ВИЭ

Задачи удовлетворения потребностей сельскохозяйственного производства края, имеющего в основном животноводческое направление, а также сельского населения в электроэнергии и теплоте приводят к необходимости развития малой возобновляемой энергетики. Исходя из климатических особенностей Забайкалья, процесс потребления энергии в сельской местности носит непрерывный характер, то есть независимо от времени года и погодных условий, ежесуточно потребляется электроэнергия и теплота. Энергоснабжение автономных потребителей отдаленных районов Забайкалья в основном обеспечивается такими источниками электроэнергии, как генераторные установки с приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) различной мощности. Источниками теплоты для отопления жилых домов и административных зданий и других хозяйственных нужд являются древесное и органическое ископаемое топливо. Сложности, связанные со стоимостью и доставкой как жидкого, так и твердого топлива, ограниченный ресурс ДВС приводят к значительным трудностям с электроснабжением, обеспечением теплотой и горячим водоснабжением практически всех автономных потребителей региона. Использование данных установок ведет к ухудшению экологической обстановки, вследствие шума при работе и выбросов в окружающую среду продуктов сгорания. В свою очередь системы, использующие ВИЭ, как правило, имеют модульный характер и позволяют вводить в строй малыми блоками. Поэтому такие системы

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА 1 (¡.Петербург л ^Л ОЭ

становятся весьма актуальными для сельских и удаленных районов, не подключенных к централизованному электроснабжению.

Обеспечение устойчивого энергоснабжения края является одним из основных факторов развития экономики и повышения жизненного уровня у более 1,5 млн. жителей, проживающих на территории бассейна оз. Байкал, объявленного ЮНЕСКО Участком мирового наследия, а также других заповедных, курортных и рекреационных зон Забайкалья с достаточно суровыми природными и климатическими условиями и неравномерностью распределения иаселения по территории региона от 1 до 18,4 челУкм2. Повысить надежность автономного электроснабжения, уровень комфортности жизни сельских жителей, сократить расход традиционных видов топлива и улучшить экологическую обстановку в регионе можно при помощи комплексного использования ВИЭ и традиционных видов топлива. Системы энергообеспечения на основе ВИЭ привлекают внимание своей высокой экологической чистотой, по сравнению с использующими традиционные виды топлива. Это особенно важно для заповедных мест Забайкалья, где забота о здоровье людей и окружающей биосфере должна стоять на первом месте.

В настоящее время получены решения на основные технические вопросы и методики расчетов, связанных с внедрением устройств ВИЭ. Разработаны методики оптимизации энергосистем на основе различных видов ВИЭ. В зарубежных странах проводятся исследования в области обеспечения устойчивого развития энергетики и разработки количественных критериев устойчивости, но вопросы комплексного использования ВИЭ и традиционных видов топлива в рамках программы устойчивого развития энергетического сектора экономики региона с учетом специфики региона не получили должного решения.

Работа проводилась в соответствии с: подпрограммой «Энергообеспечение регионов, в том числе северных и приравненных к ним территорий на основе возобновляемых источников энергии и местных видов топлива», Федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика», утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2001 г. № 796; планом по фундаментальным и прикладным исследованиям РАСХН, принятым на срок 2001-2005 гг. по теме - 03.01.03. Разработать методы, технические средства и рекомендации эффективного использования возобновляемых источников энергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения.

Основной целью исследования является разработка системы устойчивого энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта на основе комплексного использования возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива для условий Забайкалья.

Основной задачей исследования является обеспечение энергетической и экологической безопасности Забайкалья и последующего устойчивого развития региона. Для достижения поставленной задачи необходимо:

1) разработать основы региональной программы устойчивого энергоснабжения, необходимой для поддержки внедрения энергоустановок на основе ВИЭ в сельскохозяйственное производство и частный сектор;

2) исследование распределения ВИЭ региона, выбор и обоснование целесообразных для применения, как возобновляемых источников энергии, так и традиционных видов топлива,

3) определение районов и категорий потребителей Забайкалья, где использование систем энергоснабжения использующих ВИЭ по техническим и экономическим параметрам оправдано и необходимо;

4) исследование солнечных модулей с концентраторами и разработка новых конструкций;

5) исследование потерь мощности солнечного модуля при влиянии на его работу различных факторов;

6) исследование энергопотребления типового для Забайкалья сельского дома;

Научная новизна представленных разработок заключается в следующем:

1) обоснованы основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование и развитие использования Б И Э;

2) разработаны конструкции солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

3) разработан метод исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

4) разработан метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя;

5) разработана модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

6) разработана комбинированная система энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта в условиях Забайкалья на основе комплексного применения возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива

Основные положения, выносимые на защиту:

1) основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья;

2) конструкции солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

3) метод исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

4) метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя;

5) модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

6) комбинированная система энергоснабжения автономного сельского дома на основе комплексного применения возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива для условий Забайкалья.

Достоверность результатов исследований, теоретических и методических обоснований, выводов и рекомендаций подтверждена совпадением результатов расчетов с данными испытаний солнечных модулей, а также статистическими данными российских и международных организаций.

Практическая ценность. Представленная работа, содержащая основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование и развитие использования ВИЭ является основой формирования региональной программы устойчивого энергоснабжения.

Разработанные конструкции солнечных модулей с трансформируемыми концентраторами и технология их изготовления позволяет повысить надежность и производительность солнечных установок, снизить удельную стоимость, эксплуатационные расходы, обеспечить возможность трансформации модулей при эксплуатации или придания компактных размеров для транспортировки установок в места сезонного использования или хранения.

Методика исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами позволяет сократить сроки испытаний новых конструкций солнечных установок.

Методика анализа потерь мощности солнечного модуля с достаточной степенью точности позволяет учитывать влияние различных факторов на работу модуля и позволяет существенно сократить сроки, расходы дорогостоящего материала, денежные средства в период исследований новых конструкций солнечных модулей с концентраторами.

Комбинированная система энергоснабжения автономного сельского дома, использующая солнечную энергию, позволяет экономить традиционные виды топлива в пределах 1,53 т у. т. от необходимого количества для отопления дома и обеспечить круглогодичное снабжение электроэнергией и горячей водой жителей дома.

Результаты исследования направлены на разработку рекомендаций по проектированию систем энергоснабжения автономных сельскохозяйственных объектов Забайкалья на основе

комплексного использования возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива, а также применимы в образовательных целях.

Реализация результатов работы:

Научные и методические материалы диссертации приняты за основу формирования программ устойчивого энергоснабжения администрациями Агинского Бурятского автономного округа и Усть-Ордынского Бурятского автономного округа, являющихся субъектами РФ, территориально расположенные в бассейне оз. Байкал.

Опытные образцы солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами приобретены научно-исследовательскими учреждениями и коммерческими фирмами Германии и Южной Кореи.

Разработанные методики исследований солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами и расчета выходных параметров данных солнечных установок, используются в учебном процессе кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии МЭИ и технических дисциплин АФ БГСХА.

На основании выполненных исследований составлены технические предложения, переданные заинтересованным в реализации отдельных проектов совместным российско-датским компаниям «TechnoCluster» и «Thermosol-Rus».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства в XXI веке и проблемы эффективности производства» (г. Подольск, 2001), Международной научно-практической конференция: «Земледельческая механика в растениеводстве» (г. Москва, 2001), Международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника» (г. Санкт-Петербург, 2002), Научно-практической конференции посвященной 125-летию со дня рождения академика Н.В. Рудницкого «Здоровье - питание - биологические ресурсы» (г. Киров, 2002), 3-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 2003), Научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение как фактор социально-экономического развития регионов центрального федерального округа» (г. Смоленск, 2003), 4-ой Всероссийской научной молодежной школе «Возобновляемые источники энергии» (г. Москва, 2003)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, включая 2 решения о выдаче патентов Российской Федерации на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 167 источников и приложений. Работа изложена на 180 страницах текста, содержит 77 иллюстраций и 46 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко изложено положение на настоящее время в вопросах по использованию ископаемых видов топлива, применения ВИЭ в мире и Российской Федерации [1,4,5,8,9]. В данном разделе отмечены работы российских ученых, внесших большой вклад в развитие отечественной и мировой гелиотехники, а именно фотоэлектрического способа преобразования солнечной энергии таких как: Алферов Ж.И., Андреев В.М., Баум В.А., Вавилов B.C., Васильев A.M., Евдокимов В.М., Каган М.Б., Колтун М.М., Кондратьев К.Я., Ландсман A.IL, Лидоренко Н.С., Пивоварова З.И., Потапов В.Н., Рябикоз СВ., Селиванов Н.П., Огребков Д.С., Тарнижевский Б.В., а также зарубежные Бекман У., Даффи Дж., Клейн С, Колларес-Перейра М., Лю Б., Джордан Р., Холландс К. и ряд других выдающихся ученых. Приведгна постановка задач, целей, обосновывается актуальность темы, рассматривается ее научная новизна и практическая ценность, приводятся положения, выносимые на защиту, проведен анализ положения на данный момент в области обеспечения устойчивого энергоснабжения с применением ВИЭ и дана общая характеристика работы.

Первая глава диссертационной работы включает в себя вопросы повышения эффективности систем энергоснабжения, теоретические основы проблематики устойчивого развития; основы формирования и общая структура предполагаемой программы устойчивого

энергоснабжения Забайкалья на базе комплексного использования ВИЗ и традиционных источников; вопросы комплексного и эффективного применения различных видов ВИЗ для энергоснабжения автономных сельских потребителей региона.

Под выражением «устойчивое энергоснабжение» следует понимать организацию энергообеспечения территории или автономного объекта, при котором достигаются следующие цели: надежное и бесперебойное снабжение энергией высокого качества; снижение удельной стоимости вырабатываемой энергии путем повышения конкурентоспособности систем энергоснабжения, использующих ВИЗ; создание условий устойчивого развития энергетики, что повлечет за собой динамичный рост энергозависимых отраслей экономики и элементов инженерной инфраструктуры; максимально возможное снижение, а в перспективе устранение проблем, связанных со стратегической зависимостью от поставок энергоресурсов извне; обеспечение соответствия предприятий и инфраструктур энергетического сектора экономики экологическим нормам, что особенно актуально для территорий курортных и рекреационных зон; появление новых рабочих мест, улучшение благосостояния и здоровья населения, повышения рекреационной привлекательности региона, ведущее к более активному привлечению инвестиций и т.д.

В процессе сложившихся в последнее время объективных условий, появился термин «устойчивого» проектирования и строительства, в которой основное положение отводится применению ВИЗ, созданию энергосберегающих норм проектирования энергоэффективных зданий и сооружений. Принятие региональной программы позволит наиболее продуктивно решать проблемы обеспечения устойчивого развития энергоснабжения от локального уровня до глобального.

Из опыта проектирования энергоустановок на основе ВИЗ в современных российских условиях можно сделать вывод, что одной из основных задач является реализация задач, направленных как на повышение конкурентоспособности данных энергоустановок, так и на создание технологий использования ВИЗ и их сочетаний, в том числе и с традиционными видами топлива, применение которых наиболее целесообразно в условиях региона с экологической, экономической и социальной точек зрения. Методы достижения решений вышеуказанных задач могут быть определены и обеспечены в рамках детальной программы устойчивого энергоснабжения, принимаемой и осуществляемой на региональном уровне. Необходимо отметить, что применение ВИЗ рассматривается как основной и наиболее важный элемент предполагаемой программы устойчивого развития Забайкалья, которая должна конкретно указывать общие направления 'развития энергетической и инженерной инфраструктуры региона и определять наиболее продуктивные методы достижения поставленных целей. Таким образом, программа устойчивого энергоснабжения региона на основе комплексного использования возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива представляет собой регламентирующий документ, определяющий и обеспечивающий наиболее эффективные на настоящее время приемы построения энергосистем, использующих ВИЗ, с учетом местных условий, данных об энергетическом потенциале ресурсов ВИЗ и обеспечении возможности их использования; указывает первоочередные объекты, для энергоснабжения которых рекомендуется использовать ВИЗ Программа используется при разработке проектов автономных объектов, определяя основы построения автономных систем энергоснабжения на основе комплекса ВИЗ - традиционный источник энергии.

В настоящее время необходим переход от экстенсивного пути развития региональной энергетики к интенсивному, т.е. к энергосбережению, применению энергоэффективных технологий и использованию ВИЗ. Усилия должны прилагаться в двух основных направлениях: реализация политики государственного стимулирования и развития использования ВИЗ; приоритетное использование тех ВИЗ в регионе, которые уже на данное время составляют конкуренцию традиционным видам топлива.

Использование ВИЗ может быть наиболее продуктивным только в случае, если они обоснованно сочетаются с традиционными и наиболее экологически чистыми источниками энергии, при условии учета взаимодействия энергокомплексов с другими элементами

инженерной инфраструктуры и окружающей средой (экологический и социальный факторы). При этом наиболее полно должны учитываться и использоваться имеющиеся резервы по энергосбережению и повышению эффективности использования энергии. Среди основных принципов повышения эффективности систем энергоснабжения необходимо выделить следующие: переход на энергоэффективные нормы проектирования и строительства зданий и систем их жизнеобеспечения; повышение экономической и экологической чистоты существующих на данное время систем энергоснабжения путем реконструкции данных установок и применения новых технологий и разработок по комплексному использованию ВИЗ и традиционных видов топлива, отвечающих указанным выше нормам; внедрение экономичных и экологически чистых автономных систем энергоснабжения, использующих ВИЗ и традиционные виды топлива; проектирование и строительство новых типов жилых домов с системами энергообеспечения на основе использования ВИЗ и традиционных видов топлива, отвечающих современным требованиям энергоэффективности.

Основные структурные принципы разработки системы устойчивого энергоснабжения региона, как составной части концепции устойчивого развития Забайкалья: развитие всех элементов инженерной инфраструктуры в комплексе; устойчивое энергоснабжение региона должно сопровождаться присутствием определенных численных ' показателей, наглядно отражающих и характеризующих достоинства и недостатки применяемых технологий и систем энергоснабжения; комплексное использование ВИЗ и традиционных видов топлива должно характеризоваться оптимальным коэффициентом замещения; использование ВИЗ должно быть обоснованным с технической, экономической и социальной точек зрения; региональная программа должна содержать разработки локальной системы энергоснабжения, в частности проектирования энергоэффективного автономного объекта; методика проектирования автономного объекта должна предусматривать эффективное применение энергоресурсов на всех этапах возведения и эксплуатации объекта.

Рекомендации, использованные в процессе формирования основ региональной программы, применимы в условиях локального проектирования систем энергоснабжения автономных объектов, т.к. основу программы составляет взаимосвязь следующих рекомендаций и принципов: оценка потребности народного хозяйства в ВИЗ по областям экономики или.объектам в зависимости от уровня программы; оценка по укрупненным показателям величины доступного для освоения ресурсов ВИЗ; определение оптимальных для условий региона схем и вариантов систем энергоснабжения на основе использования ВИЗ и традиционных видов топлива; оценка результатов внедрения энергоэффективных технологий и потенциала мероприятий по энергосбережению (корректировка архитектурно-строительной части проектов и обеспечение оптимальных режимов работы систем энергообеспечения); определение и учет результатов, полученных при применении ВИЗ и мероприятий по энергосбережению (в условных единицах); определение оптимального коэффициента замещения традиционных видов топлива возобновляемыми источниками энергии.

Основные действия и рекомендуемые направления по устранению препятствий на пути реализации планов развития использования ВИЗ в условиях Забайкалья: вывод ВИЗ на рынок электроэнергии по конкурентоспособным ценам; внесения изменений в строительные нормы и правила (СНиП), предусматривающие установку в зданиях и сооружениях оборудования для использования ВИЗ; создание и модернизация существующей материально-технической базы для производства оборудования по использованию ВИЗ; организация предприятий и центров демонстрации с сервисным обслуживанием оборудования использующего ВИЗ. Основываясь на зарубежном опыте, решить такие проблемы, требующие законодательного регулирования, как: создание внебюджетных и государственных источников финансирования разработок и внедрения проектов по использованию ВИЗ; предоставление налоговых льгот производителям оборудования использующее ВИЗ; выплата компенсаций за оборудование, приобретенное и установленное потребителями ВИЗ; юридическая поддержка коммерческой деятельности по производству тепла и электроэнергии с использованием ВИЗ.

Оценка по укрупненным показателям потенциала ресурсов ВИЗ определенного региона должна основываться на климатических и актинометрических данных параметров: скорость

ветра, солнечная радиация, расход и превышение водных потоков, площадь и продуктивность лесов и сельскохозяйственных угодий и т.д. Величина доступного для освоения потенциала ВИЭ определяется техническими, экономическими, экологическими и другими ограничениями, таким как планировочный (рельеф, высоты минимально допустимые расстояния и т.д.), технологический (по требованиям технологий преобразования ВИЭ), социальный и т.д.

Солнечная энергия. Забайкалье отличается большим количеством солнечных дней и по продолжительности солнечного сияния может быть сравнимо с Крымом, Кавказом и Средней Азией. Продолжительность солнечного сияния в г. Чите достигает 2353 ч/год и изменяется от 102 часов в декабре до 255 часов в июне (на черноморском побережье Грузии, г. Батуми, данный показатель достигает 2100 ч/год). В регионе за год в среднем выпадает 367 мм осадков. Среднее количество солнечной радиации, поступающей на 1 м2 горизонтальной поверхности в течение года в г. Чите (табл. 1.1.) составляет 719 кВт*ч/м2, изменяясь от 37 кВт*ч/м2 в декабре до 118 кВЛч/м2 в июне. Среднее же количество солнечной радиации, поступающей на 1 м2 вертикальной поверхности в течение года составляет 1393 кВт*ч/м2, изменяясь от 46,4 кВт*ч/м2 в декабре до 185 кВт*ч/м2 в мае.

ТАБЛИЦА 1.1

Расчетные среднемесячные суммы солнечной радиации 1991 -1995 гг., МДж/м2, г. Чита.

Радиация

Прямая

Кй п/п а о

1 1 •в Ц 3 1 а аг о X § X

'Ё В 5 х 1 и 1 1» П X о о 3 §

р и а & о X 3« " 1 1 О

месяц о. я «г а ш Ц г а § и Ев си £ £ 3 5 Си 10 <1 5 о. 0?

1. январь 215,4 53,4 64,4 71,6 117,8 -22 -72 61 0,529

2. февраль 353,8 120,4 95,4 97,4 215,6 27,3 -96 45,2 0,737

3. март 508 250,2 168.8 93,8 411,8 168 -164,6 22,8 0,724

4.апрель 440,4 249,2 241,4 .99,2 490,8 248,3 -128 20 0,755

5. май 664,2 406,2 274,8 123,2 681 380 -160,7 18 0,747

6. июнь - 654 423,2 276,4 132 700,2 403,3 -160 19 0,743

7. июль 534,3 341,8 271 120,2 613,8 369 -128,7 19,8 0,719

8. август 456,2 277,4 215,2 94 492,4 292 -122,7 19,4 0,722

9. сентябрь 385,2 196,8 164,8 70,4 361,6 175,3 -125,3 19,4 0,768

10. октябрь 436,6 170,2 105,8 66,2 275,8 59,5 -137 23,8 0,769

11. ноябрь 225,6 62,6 69,8 69,8 132,4 -42,6 -104,7 52 0,746

12. декабрь 168,4 36,8 51,8 53,8 88,8 -48,3 -90,3 61 0,709

При климатических условиях Забайкалья солнечную энергию для горячего водоснабжения наиболее продуктивно можно использовать с февраля по октябрь. В летнее время года в пределах 11 чУсут., а в течение весеннего и осеннего периодов от 6 до 10 чУсут. Для достижения эффективной работы солнечных установок требуется не менее 5 часов непрерывного облучения солнечных приемников данных установок.

Среди рассмотренных в данной главе ВИЭ, для использования в Забайкалье солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна.

Во второй главе работы исследуются вопросы потерь мощности солнечного модуля (СМ) с концентратором, возникающих вследствие различных факторов, в том числе неиндентичности и разброса характеристик фотопрсобразователей, также связанных с неоднородностью засветки.

Вопросы потерь мощности в СМ могут быть рассмотрены с различных позиций, основывающихся как па аналитических, так и на численных методах расчета вольтампсрной характеристики (ВАХ) солнечных элементов (СЭ). Каждый из методов обладает своими преимуществами и недостатками, и являются в той или иной степени приближенными, поскольку при любых методах расчета приходится делать определенные допущения, вызванные

существенной нелинейностью характеристик СЭ. Нередко для оценок предполагают, что ВАХ имеет прямоугольный или треугольный вид, аппроксимируют ее отрезками прямых и т.д. Однако используемые для решения тех или иных задач солнечной энергетики допущения, зачастую не дают возможности решить в рамках тех же допущений с достаточной степенью точности другие задачи, например, с оценкой мощности СМ. Из сказанного выше следует, что до настоящего времени нет единой методики анализа влияния на выходную мощность модуля различных факторов, и продолжается анализ влияния на мощность отдельных, и поиск общего подхода к решению вопроса. Это положение, очевидно, обусловлено не столько сложностью процессов в СМ, сколько математическими трудностями, возникающими при решении соответствующих задач.

Отдельный СЭ имеет ВАХ, хорошо описываемую уравнением

- I

= и т 1п

-- /Л

(2.1)

где С/г ~ АкТ/е, Л-параметр ВАХ; ¿-постоянная Больцмана; Г-температура р-п перехода; е-заряд электрона; /¿-генерируемый излучением фототок; /-ток в нагрузке; ¡¡-ток насыщения р-п перехода; ^-последовательное сопротивление.

Если бы ВАХ группы и цепочки СЭ описывалась аналогичным (2.1) уравнением, то многие вопросы, касающиеся влияния параметров на мощность СМ, решались бы достаточно просто. Поэтому возникает вопрос: возможно ли преобразование ВАХ цепочки СЭ к виду, аналогичному (2.1)? Аргументом в пользу подобного подхода может служить математическое упрощение расчета параметров цепочки и группы Ал Я!а, которые в дальнейшем мы будем обозначать с индексом а. Параметры л-го СЭ по прежнему обозначаются индексом п. Параметры ВАХ последовательного соединении СЭ запишем в виде

1--Г- (2.2)

'фп)

В аналогичном (2.2) виде ВАХ цепочку СЭ

1--

К=ига1п

+ ита1п

'фае

-I'л.

(2.3)

Ч 'фа 'а>

В уравнение (2.3) введены два различающихся фототока: ¡ф<,„, определяющий напряжение холостого хода цепочзси и ¡фа, характеризующий ток в нагрузке в режимах, отличных от холостого хода. Целесообразность такого разделения будет показана ниже.

Найдем связь параметров ¡фа ¡фм. с параметрами составляющих цепочку СЭ. Для

последовательного соединения справедливы соотношения

Подставляя во второе из уравнений (2.4) значения У„ и И, из (2.2) и (2.3), получаем

иТа 1л(1——) + иГя

Сравнивая левую и правую части равенства (2.5), можно найти соотношения параметрами. Естественно предположить, что

'„Я*, =

п-1

откуда при последовательном соединении

л-1

Далее, в условиях холостого хода г„ « 0 и

_ "I 'л«

Остается приравнять первые слагаемые в (2.Э)

1фа »-I

1п(1

(2-4)

(2-5) между

(2-6)

(2.7)

(2.8) (2-9)

В системе уравнений (2.8), (2.9) четыре неизвестных - Ura,. W ¡Фт. ¡фа поэтому необходимы дополнительные предположения относительно неизвестных. Это можно сделать из следующих физических соображений. Допустим, все элементы одинаковы и находятся в одинаковых условиях. Тогда по (2.8) имеем

(2.10) (2.11) (2.12)

иТй 1п — = ИиТп 1п —.

«л 'Л

При сделанном допущении из (2.10) следует, что = ¡фп а тогда

иТа=тп.

Равенство (2.11) служит основанием для определения С/г> как суммы С/гя:

а это, в свою очередь, дает возможность"записать (2.1) в виде

г. \ип /. Л „ /. \и„

}

\lSa

f1 =п

'Ф-

""■I V St у

(2.13)

Анализируя равенство (2. и;, нетрудно заметить, что выделение из данного соотношения величин ¡фа и ¡фа как

(2-14)

(2.15)

есть прием достаточно искусственный, поскольку приводит к появлению второго фототока в (2.9), отличающегося от г^» Эти фототоки должны совпадать в случае идентичных СЭ. Из (2.9) с условием соблюдения равенства (2.12) получаем выражение для ¡ф„:

(2.16)

Формально задача сведения ВАХ цепочки к виду, аналогичному для единичного СЭ, решена. Однако, преобразования (2.11)-(2.16) позволяющие проделать эту операцию внешне оказываются громоздки. Вместе с тем следует отметить рациональное зерно изложенного подхода, В выражении ВАХ для анализа последовательного соединения СЭ фактически фигурируют три параметра, определяющие максимальную мощность, снимаемую с СЭ: напряжение холостого хода, величина иг и падение напряжения на последовательном сопротивлении. Первые два параметра находятся сравнительно просто по (2.12), (2.14), (2.15). Последний, можно получить, упрощая соответствующим образом уравнение (2.16). Данный вопрос требует самостоятельного решения, но не является принципиальным. Отметим еще одну деталь. Уравнения (2.12Н2.16) дают принципиальную возможность анализа влияния статистического разброса параметров СЭ на ВАХ СМ. На наш взгляд, это наиболее весомый результат изложенного подхода, последовательное применение которого позволит проанализировать влияние любого параметра (/ф, Ы, ¡„ А и т.д.) на генерируемую СМ мощность.

Третья глава содержит исследования вопроса использования концентрированного солнечного излучения и исследования фотоэлектрических систем с концентраторами солнечного излучения, а также экспериментальные исследования солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором и конструктивных элементов данной солнечной установки.

Солнечные модули с параболоцилиндрическими концентраторами были разработаны для автономного и широкомасштабного применения. Преимущества предлагаемых технологий:

стоимость электроэнергии почти не зависит от установленной мощности; концентраторы не требуют постоянного слежения за Солнцем; возможность использования до 25 % рассеянной радиации; коэффициент концентрации солнечного модуля с асимметричным концентратором, работающего 12 месяцев от 3,5 до 14; при коэффициенте концентрации в пределах 3,5 используется естественное охлаждение, а при 5-14 применяется совместное получение теплоты и электроэнергии.

11а рис. 3.1 представлен солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором, разработанный и изготовленный в ГНУ ВИЭСХ.

а).

Рис. 3.1. Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором, а) фотография модуля с концентратором во время лабораторных испытаний; б) изображение модуля с концентратором: 1-отражатель; 2-двухсторонние СЭ; 3-солнечный модуль из коммутированных СЭ в стеклопакете, заполненном специальной жидкостью; в) ход солнечных лучей; 4 - апертурный угол.

Концентраторные системы, разработанные в ГНУ ВИЭСХ, включают в себя три инновационные технологии: использование в установках двухсторонних солнечных модулей, разработанных для советских низкоорбитальных космических станций; использование технологии, использующей принципы неизображающей оптики для разработки стационарных концентраторов для двухсторонних солнечных модулей; использование технологии герметизации солнечных модулей без органических материалов, увеличивающих срок службы.

При расчете производительности солнечных модулей за основу были взяты данные по приходу солнечной радиации (СР) в г. Москве и программа "FOT" (версия 5,0 Windows 95/98). Время работы установки на широте г. Москвы в летнее время составило 10 ч/сут. (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Изменение 4 в течение дня модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором.

Расчетная годовая выработка составляет 1706 кВт*ч/кВт при КПД модуля 10 %. Приведённое годовое время работы солнечного модуля с максимальной мощностью при интенсивности солнечного излучения 1 кВт/м1 составляет 1706 ч/год или около 5 часов в сутки. Были сделаны оценки уровня освещённости для различно ориентированных модулей. Годовая выработка электроэнергии в 2254 кВт*ч/кВт была получена при использовании концентратора, имеющего полярную ось слежения за солнцем и солнечный модуль с двухсторонними СЭ. Таким образом,

выработка электроэнергии на солнечном модуле с концентратором составляет приблизительно 50 - 70 % от выработки СБ с тем же КПД.

На рис. 3.3 представлена фотография солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором размером 2500x740x270 мм3, для работы установки в стационарном режиме в течение 9 месяцев с раскрытием 36 угл. град и максимальном коэффициенте концентрации равном 5.

Рис. 3.3. Фотография солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором с раскрытием 36 угл. град

В качестве отражающего покрытия была использована алюминиевая фольга фирмы «А1апоё» (Германия) с коэффициентом отражения - 0,95. В данной установке используется два двухсторонних солнечных модуля, каждый из которых состоит из 18 СЭ Размер одного элемента 50x100 мм2, а размер модуля 900x110x8 мм3. КПД модуля 11 % для (-) внешней и 10 % для (+) внутренней рабочих поверхностей солнечного модуля. Пиковая мощность установки по результатам опытов, приведенных к стандартным условиям освещенности (1000 Вт/м2, 25°С), составляет 75 Вт. При установке в солнечный модуль двухсторонних СЭ с КПД равным 14 %, расчетная пиковая мощность может достигать значения 100 Вт, а с КПД в 20 %-150 Вт.

При проведении экспериментов работа модуля при разных высотах Солнца из-за ограниченности периода времени эксперимента моделировалось посредством изменения угла плоскости миделя относительно плоскости горизонта, причем Ьм = Ьо + (90° - Р), где Ьо = Р - а, (рис. 3.6 б); Ьм-моделируемая и ^-фактическая высоты Солнца. Положение плоскости миделя концентратора относительно плоскости горизонта представлено на рис. 3.4. Положение нормали плоскости миделя концентратора по азимуту задавалось в соответствии с перемещением Солнца по небосводу.

Рис. 3 4. Положение плоскости миделя концентратора относительно плоскости горизонта: а) базовое вертикальное положение плоскости миделя концентратора; б) изменение положения плоскости миделя концентратора в ходе экспериментов.

Измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) производилось при помощи амперметра и вольтметра с регулируемой активной нагрузкой, в качестве которой использовались реостаты. Электрические параметры солнечного модуля с концентратором определены расчетным путем по данным, полученным в результате - испытаний в условиях естественного солнечного облучения. Габаритные размеры: концентратора 0,725x1,25x0,27 м3; стеклопакета солнечного модуля: 1,0x0,12x0,008 м3 (рис. 3.4 а).

На рис. 3.5 представлена ВАХ (линия 1) внутренней (+) рабочей поверхности солнечного модуля (рис. 3.1 б), полученная при а = 46 утл. град. (рис. 3.4 а). Также снята ВАХ (-) внешней рабочей поверхности солнечного модуля при а = 70 утл. град, (линия 2), т.е. в границах апертурного угла асимметричного параболоцилиндрического концентратора солнечной установки.

Рис. 3.5. Вольтамперная характеристика солнечного модуля.

На рис. 3.6 представлена зависимость (рис. 3.4 б) (-) внешней рабочей поверхности

солнечного модуля. При проведении данного эксперименте использовался солнечный модуль с одной рабочей поверхностью, вследствие этого диапазон рабочих углов солнечного модуля довольно мал. Несомненно, при установке в концентратор модуля с двумя рабочими поверхностями, указанный диапазон значительно увеличится.

гр>

Рис. 3.6. Зависимость тока короткого замыкания от изменения угла а,

На рис. 3.7 показаны зависимость мощности от напряжения, генерируемой (-) внешней рабочей поверхностью солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором (линия 1 - базовое вертикальное положение плоскости миделя концентратора солнечной установки) и аналогичная зависимость, солнечного модуля без концентратора (линия 2).

На рис. 3.8. представлено распределение концентрации освещенности относительно поперечной координаты 1-внутренней и 2- внешней рабочих поверхностей солнечного модуля с

6 8 10 12 14 16 18

Рис. 3,9. Изменение ¡п в течение дня солнечного модуля с концентратором.

На рис. 3.10 представлены зависимости мощностей от генерируемых солнечным модулем с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором напряжений от изменения угла ОС и изменения угла расположения плоскостей рабочих поверхностей солнечного модуля относительно плоскости миделя концентратора.

О 12.345 67 8 9 10 11

и.в

Рис. 3.10. Зависимости мощностей солнечного модуля с концентратором от генерируемых напряжений.

Из полученных в ходе эксперимента результатов следует, что при моделировании работы в длительный период солнечный модуль показа! неплохие результаты и работает в пределах расчетного значения апертурного угла концентратора равного ±12 угл. град. Данный концентратор интересен тем, что использует рассеянную составляющую солнечного излучения.

Солнечные модули с концентраторами представляют собой новую псрспектив1гую технологию преобразования солнечной энергии для автономного и широкомасштабного применения со стоимостью производства 30-60 рубУВт.

В четвертой главе рассматриваются вопросы оптимизации тепловой эффективности автономного сельского дома в условиях Забайкалья и представлены результаты исследований типовых потребностей энергии данного дома.

При проектировании и строительстве энергоэффективного автономного сельского дома в первую очередь ставится вопрос эффективного использования энергоресурсов, затрачиваемых на энергоснабжение дома, т.е. потребления традиционных видов энергии. Необходимого результата можно добиться путем использования имеющихся в регионе доступных ресурсов ВИЭ и применения энергосберегающих технологий и решений, обоснованных и приемлемых с технической, экономической, экологической, социальной точек зрения.

Проектирование энергоэффективного сельского дома заключается в оптимизации единой энергетической системы дома в целом, состоящей из: энергетического воздействия климата Забайкалья на наружные ограждающие конструкции дома; энергии, накопленной в ограждающих конструкциях дома; энергии, накопленной и содержащейся внутри объема дома, •как единой энергетической системы и включает в себя: определение оптимальных взаимосвязанных между собой конструктивных и энергетических параметров отдельных элементов дома с учетом их взаимосвязанпости; определение оптимальных архитектурно-конструктивных, теплотехнических и энергетических параметров дома как единой энергетической системы.

В процессе проектирования необходимо решить следующие архитектурные и инженерные задачи: выбор местоположения и ориентации дома; подбор местных и наиболее доступных видов материалов, необходимых для строительства дома; разработка проекта дома с выгодными для климата Забайкалья архитектурными формами и решениями (выбор площади остекления и расположения оконных проемов дома, теплоизоляции стен; разработка внутренней планировки дома; разработка схемы организации работы освещения); выбор доступных и целесообразных для применения в проекте энергоснабжения автономного сельского дома ВИЭ в комплексе с традиционными видами топлива; разработка системы энергоснабжения автономного сельского дома на основе отобрапных источников энергии; выбор системы автоматизированного управления инжеперным оборудованием дома.

Влияние климата региона на наружные ограждающие конструкции дома удобнее всего характеризовать метеорологическим градиентом, учитывающим направление, величину, повторяемость показателей наружного климата и влияющим на тепловой баланс помещений. Имеющие различную ориентацию помещения дома значительно отличаются друг от друга по

величине теплопоступлений и теплопотерь. При проектировании необходимо максимально использовать положительное и насколько возможно нейтрализовать отрицательное воздействие климата края на тепловой баланс дома. Скорость и направление ветра параллельно с солнечной радиацией и температурой наружного воздуха очень часто оказывается решающим фактором в изменении теплового баланса дома. В то же время проектируется система, которая требует наименьших затрат энергии и средств обеспечения температурного режима в помещениях дома. При проектировании сельского дома для суровых климатических условиях Забайкалья решение задачи эффективного использования положительного и в той же мере нейтрализации отрицательного влияния наружного климата на его ограждающие конструкции в основном заключается в выборе материалов, размеров, формы и ориентации дома, а также расположения и площади оконных проемов, расчета систем вентиляции, кондиционирования и отопления его внутренних помещений руководствуясь обобщенными климатическими показателями региона. Для строительства энергоэффективного дома в определенной географической точке края следует учесть многолетние опыт строительства и метеорологические данные показателей наружного климата данной местности с последующим как можно более эффективным применением.

Суточные суммы прямой солнечной радиации на различно ориентированные поверхности в г. Чите приведены в табл. 1.1. Исследование показателей влияния солнечной радиации на вертикальные поверхности ограждающих конструкций домов в зависимости от их ориентации и времени года для 51 угл. град. с. ш. показало: в течение летнего времени года наибольшее количество теплоты прямой солнечней радиации за сутки поступает на вертикальные поверхности юго-восточной и юго-западной ориентации. На широтах Забайкалья эта величина достигает в среднем 3225 ВтсутУм2; в зимнее время года наибольшие суммы тепла прямой солнечной радиации в течение суток поступает на вертикальные поверхности южной ориентации. Данный показатель равняется 3257 Вт-сутУм2; в летнее время года на широтах Забайкалья наибольшее количество тепла от рассеянной солнечной радиации при ясной погоде за сутки поступает на вертикальные поверхности восточной и западной ориентации, которое равняется 1350 Вт-сутУм2 и на вертикальные поверхности южной ориентации равное 1254 Вт-сутЛ*2. Из представленных данных можно сделать вывод, что относительно равные суммы тепла прямой солнечной радиации за сутки поступает на вертикальные поверхности в течение всего года. В широтах Забайкалья данная величина колеблется от 3439 Вт-сут/м2 до 5537 Вт-сут/м2, что в среднем составляет 4822 Вт-сут/м2.

Проанализировав результаты распределения тепла солнечной радиации на вертикальные поверхности дома, расположенного в г. Чите, делаем следующие выводы." В климатических условиях Забайкалья целесообразнее всего расположение дома в широтной ориентации. Расположение основных площадей застекленных поверхностей гелиоприемников и теплицы, а также оконных проемов выгоднее всего с южной стороны, менее - с северной стороны дома. Скаты крыши рекомендуется проектировать в направлении также южной и северной сторон. Южный скат крыши также может полностью являться гелиоприемником системы пассивного отопления и кондиционирования внутренних помещений дома. В то же время дом с развитой поверхностью, ориентированной к господствующим в зимнее время северным направлениям ветра, теряет большое количество тепла. В силу данных причин развитой и утепленный северный скат крыши может служить дополнительным и положительным фактором в регулировании теплового баланса сельского дома.

Специфика климатических условий Забайкалья, для которой предназначена система, состоит в том, что основная нагрузка на отопление приходится на зимний период. Исходя из данного условия, для покрытия нагрузки теплоснабжения дома в отопительный период года, требуются дополнительные источники тепла. В представленной системе дополнительными источниками тепла являются водяной котел центральной системы отопления, работающий на твердом органическом топливе (древесное топливо, уголь), отдельные наружные ограждающие конструкции дома (южный скат крыши дома) и теплица, пристроенная к юго-восточной или юго-западной стене дома, которые служат гелиоприемниками.

Комбинированная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами разработана для типового для Забайкалья автономного сельского дома, рассчитанного на проживание 4 человек (рис. 4.1) Отапливаемый объем дома 168 м1, предполагаемое место расположения Читинская область (Забайкалье). Расчетная зимняя температура наружного воздуха /„=— 12,64°С.

Рис. 4.1. Схема комбинированной системы энергоснабжения: 1-концентратор; 2-защитное стекло; 3-апертурный угол; 4-солнечный модуль; 5-термоизолированный первый контур с антифризом; 6-циркуляционный насос первого контура; 7-термоизолированный второй контур с водой; 8-циркуляционный насос второго контура; 9-аккумуляторная батарея; 10-инвертор-зарядное устройство; 11-электрическая цепь резервного электроснабжения; 12-переключатель; 13-резервный бензогенератор; 14-водяной насос; 15-батареи отопления; 16-помещение дома; 17-электрические лампы освещения; 18-электрические розетки; 19-электрическая цепь освещения и электропитания; 20-отбор горячей воды; 21-резервный электрокотел; 22-водяной котел дублирующей системы отопления; 23-контур дублирующей системы горячего водоснабжения и отопления; 24-термоизолированный аккумулятор горячей воды; 25-термодатчик; 26-задвижки; 27-термоизолированный теплообменник; 28-блок управления (контроллер); 29-электрическая цепь солнечного модуля; 30-термоизолированный корпус модуля; 31-циркуляционный насос контура дублирующей системы горячего водоснабжения и отопления

Нормативная величина отопительной характеристики дома за счет улучшения теплоизоляции наружных ограждающих конструкций и установки стеклопакетов в оконные блоки снижена до <¡„=55 Вт/м2. Суточное потребление горячей воды с температурой 65°С на бытовые нужды составляет 340 л. Температура воздуха в жилых помещениях в течение отопительного периода должна поддерживаться на уровне 18°С. Годовое значение тепловой нагрузки дома 2 = 25,5 МВт*ч/год, максимальная мощность резервного теплового источника, требуемая для покрытия тепловой нагрузки здания, Р = 5,5 кВт.

Система энергоснабжения дома представляет собой совокупность трех независимых друг от друга подсистем: подсистема на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами, обеспечивающая автономный дом электрической энергией, горячей водой и частично теплотой для отопления дома; подсистема дублера теплоснабжения дома - водяной котел отопления; подсистема непосредственного солнечного отопления дома (инсоляционный обогрев), основанного на циркуляции теплого воздуха из

гелиоприемников в помещения дома за счет естественной конвекции. Подсистема на основе солнечных модулей с концентраторами полностью обеспечивает электроснабжение автономного сельского дома, а также обеспечивает коэффициент замещения годовой тепловой нагрузки дома на отопление и горячее водоснабжение, равный /Г, = 17 % (табл. 4.1), сокращая за отопительный период года расход твердого органического топлива на 1,53 т у.т. Избыточную теплоту, получаемую в летние месяцы года, можно использовать для подогрева большого объема воды, необходимой для различных хозяйственных, производственных и технологических нужд, имеющихся в данное время в любом фермерском и крестьянском хозяйстве в достаточном количестве.

ТАБЛИЦА 4.1

Коэффициент замещения системы, обеспечиваемый солнечными модулями с концентраторами

№ Месяц Общее теплопотребление. Количество теплоты, вырабатываемой солнечными модулями, Коэффициент замещения системы, к,

кВт кВт*ч гд* кВт кВт*ч ГДж

V май 2,25 1556,9 5,6 3,55 660 2.4 0.42

VI июнь 1,0 211,3 0,76 3,11 654 2,35 3,1

VII июль 1,0 216,8 0,78 2,44 529 1,9 2,44

VII август 1,0 216,8 0,78 2,13 463 1,67 2,14

к сентябрь 1,0 181 0,65 2,13 383 1.4 2,12

X октябрь 4,0 2977 10,72 2,17 403 1,45 0,14

XI ноябрь 4,67 3343 12,03 1,46 220 0,8 0,07

XII дехабрь 4,14 3594,3 12,94 1,31 162 0,6 0,06

I январь 5,31 3866 13,92 1,69 210 0,76 0,05

II февраль 5,07 3302 11,89 2,46 344 1Д4 0,1

III март 4,52 3320 11,95 3,22 499 1,8 0,15

IV апрель 3,91 2798 10,07 2,49 449 1,62 0,16

Гож 3,15 25583 92,1 2,4 4968 17,9 0,17

Необходимо учесть, что в процесс отопления дома в переходные периоды года включается и отвод теплоты в помещения рассматриваемого дома от гелиоприемников. В представленном энергоэффективном автономном сельском доме в качестве гелиоприемников и аккумуляторов теплоты использованы наружные ограждающие конструкции и теплица, пристроенная к юго-восточному или к юго-западному фасаду дома, а также южный скат крыши-гелиоприемника дома с двойным покрытием. Тепло солнечной энергии поступает в дом по системе воздуховодов, где аккумулируется в материалах внутренних стен, перекрытиях потолка и пола, также снабженных системами воздуховодов.

Электрическая энергия, выработанная солнечными модулями с концентраторами системы энергоснабжения, вдет на зарядку аккумуляторной батареи (АБ), имеющей емкость способную покрыть потребности в электроэнергии автономного сельского дома в течение 8 суток в холодный и 3 суток в течение теплого периода года. Несоответствие количества прихода солнечной радиации и меньшего гарантированного срока автономного энергоснабжения в теплое время года, объясняется тем, что в холодное время года отключается холодильник. Сезонное потребление электрической энергии типового для Забайкалья автономного сельского дома приведено в табл. 4.2.

ТАБЛИЦА 4.2

Сезонное потребление электрической энергии сельским домом

Месяцы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год

Потребление электроэнергии, кВт*ч 31 31 31 41 57 83 83 83 67 41 31 31 610

АБ снабжают электроэнергией циркуляционные насосы с малым энергопотреблением первого контура солнечной системы с антифризом и второго контура с водой, а также водяной насос, поддерживающий определенный уровень в емкости с холодной водой, из которого

осуществляется подпитка контуров системы горячего водоснабжения и отопления. В контуре дублирующей систеуы отопления осуществляется отбор потребителями необходимого количества горячей воды. Через аккумулятор горячей воды солнечная система горячего водоснабжения и отопления соединена с дублирующей системой отопления, водяной котел которой работает на твердом органическом топливе (древесное топливо, уголь) и установлен в домашней печи или котельной. Системы при необходимости разделяются при помощи задвижек. Мощность котла способна полностью перекрыть расчетную тепловую нагрузку для обеспечения расчетной температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях и расчетную нагрузку снабжения жителей дома горячей водой в периоды слабой инсоляции и при низких температурах наружного воздуха. Система классифицируется как круглогодичная, с дублерами нагрева воды, с комбинированной системой тепло- и энергоснабжения, двухкоитурная с жидкостным (антифриз) первичным теплоносителем, с принудительной циркуляцией теплоносителя с помощью насосов, с круглогодичным аккумулированием тепла и энергии.

Пятая глава отведена разработке, а также обоснованию, подбору и технико-экономическому расчету элементов комбинированной системы устойчивого энергоснабжения автономного сельского дома в условиях Забайкалья и расчету экономической эффективности данной системы энергоснабжения в сравнении с базовыми вариантами систем энергоснабжения.

Модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами (рис. 5.1) имеет следующие достоинства позволяет производить монтаж необходимого потребителю количества модулей в зависимости от расхода горячей воды и электроэнергии; мобильность системы позволяет производить монтаж и демонтаж в относительно короткие сроки, при работе система не оказывает негативного воздействия на окружающую среду; возможность сервисного обслуживания и ремонта в любых сельских мастерских; не требует специального обслуживающего персонала ввиду простоты и надежности конструкции и имеет продолжительный срок эксплуатации

Рис. 5.1. Схема модуля системы энергоснабжения* 1-зеркальный отражатель; 2-защитное стекло; 3-апертурный угол; 4-солнечяый модуль; 5-первый контур с антифризом; 6-циркуляционный насос, 7-второй контур с водой, 8-резервный электрический источник тепла; 9-теплообменник, 10-электрическая цепь солнечною модуля, 11-южный фасад дома.

Система горячего водоснабжения построена таким образом, что в период интенсивного солнечного излучения вода на выходе нагревается до заданной температуры (например, +60...+90° С). В ночное время для утреннего разбора горячей воды, а также в облачные дни вода нагревается до заданной температуры с помощью дублирующего источника тепла Данная система имеет электрическую мощность солнечных модулей 0,5 кВт (10x50 Вт) Характеристика 1-го солнечного модуля в табл 5.1. для условий плотность солнечного излучения 1000 Вт/м2; температура наружного воздуха 25°С.

ТАБЛИЦА 5.1.

Технико-экономическая характеристика солнечного модуля с концентратором

Ып Параметры Солнечный модуль

1 Тип концентратора Асимметричный, параболоцилиндрический

2 Апертурный угол ±12 угл. градуса

3 Пиковая электрическая мощность (при 1000 Вт/м0 50

4 Номинальное напряжение постоянного тока, В 12

5 Пиковая тепловая мощность, (при 1000 Вт/м') 485

6 Расчетная концентрация излучения 7,785

8 Электрический КПД солнечного модуля, л™ 0,12

9 Тепловой КПД солнечного модуля, л. 0,6

9 Оптический КПД концентратора 0,74

10 Площадь миделя концентратора, м1 0,74

13 Цена на 01.04.2003 г., тыс. руб. 6,0

Схема системы энергоснабжения представлена на рис. 5.2. Для накопления, хранения и бесперебойного снабжения выработанной солнечными модулями (СМ) электроэнергией автономного потребителя система комплектуется блоком из 12 автомобильных аккумуляторных батарей (АБ) емкостью 1140 А*ч, напряжением 24 В и допускающих глубину разряда 30 %. Это объясняется тем, что суммарная установленная мощность бытового электрооборудования редко превышает 1,5-2 кВт и тем, что блок АБ позволит автономно снабжать электроэнергией дом в течение нескольких суток. Для снабжения потребителя переменным напряжением 220 В с частотой 50 Гц, и обеспечения зарядки АБ от БГ, система комплектуется зарядно-инвертирующим блоком с входным напряжением 24 В, кратковременно выдерживающего 4-х кратную перегрузку и имеющего возможность заряжать аккумуляторные батареи от электрической сети.

Рис. 5.2. Структурная схема системы электроснабжения.

Технико-экономический расчет систем энергоснабжения с различными типами комплектации. Результаты технико-экономического расчета приведены в табл. 5.2. В качестве базы сравнения принимаем систему автономного электроснабжения без применения ВИЭ, состоящую из трех вариантов: 1) электроснабжение обеспечивает работающий круглосуточно в течение всего года бензогенератор (БГ); 2) электроснабжение обеспечивает система, состоящая из БГ, АБ и инвертора с зарядным устройством; 3) электроснабжение обеспечивает система,

ТАБЛИЦА 5.2.

Результаты расчета экономической эффективности комбинированной системы электроснабжения автономного сельского дома.

№ п/л Название показателей Единица измерения Базовый вариант 1 Базовый вариант 2 Базовый вариант 3 Новое изделие

БГ Основание БГ, АБ, И Основание БГ, АЕ, И, СБ, ТЭГ Основание Комбинированная система энергоснабжения Основание

I Бензогенератор тыс. руб. 12,0 цена поставщика 12,0 цена поставщика 12,0 цена поставщика 12,0 цена поставщика

2 Аккумуляторы тыс. руб. - - 16,3 данные изготовителя 16,3 данные изготовителя 24,3 данные изготовителя

3 Инвертор с зарядным устройством тыс. руб. - - 9,0 цена поставщика 9,0 цена поставщика 9,0 цена поставщика

4 Солнечная батарея тыс. руб. - - - 21,6 цена поставщика - -

5 Термоэлектрический генератор тыс. руб. - - - 15,2 данные изготовителя - -

6 Распределительный шит, приборы, кабети тыс. руб. 2,5 - 2,5 2.5 цена поставщика 2,5 цена поставщика

7 Солнечный модуль тыс. руб. - - - - - 60 данные изготовителя

8 Циркуляционный насос тыс. руб. - - - - - 1.2 цена поставщика

9 Водяной насос тыс. руб. - - - - - 1.5 цена поставщика

10 Капитальные затраты тыс. руб 14,5 расчет 39,8 расчет 76,6 расчет 110,5 расчет

11 Продолжительность работы БГ ч/год 8760 расчет 1108 расчет 748 расчет - -

12 Расход бензина кг/год 6255 расчет 1130,16 расчет 762,96 расчет - -

13 Цена бензина руб7кг 12 рыночная цена 12 рыночная цена 12 рыночная цена - -

14 Стоимость заменяемых двигателей тыс. руб 32.4 расчет 4,0 расчет 2,7 расчет - -

15 Стоимость топлива тыс руб 75,06 расчет 13,652 расчет 9,156 расчет

16 Обслуживание тыс. руб. 1,5 расчет 1.5 расчет 1,5 расчет 1,5 расчет

17 Эксплуатационные расходы тыс. руб 108,96 расчет 19,152 расчет 13,356 расчет 1.5 -

18 Приведенные затраты (П-Э + 0.15К) тыс. руб 111,14 расчет 25,122 расчет 24,846 расчет 18.075 расчет

состоящая из элементов по п. 2, но с1 "добавлением солнечных батарей (СБ) и термоэлектрических генераторов (ТЭГ).

Технико-экономический расчет предлагаемого варианта системы энергоснабжения. Рассмотрим себестоимость солнечного модуля (СМ) с концентратором, складывающуюся из следующих составляющих:

Цуст = Цс + Цсм + Ц«, (5.1)

где IU Цен, Ц, - стоимость соответственно СЭ, сборки СМ и концентратора. Мощность солнечного модуля с концентратором рассчитывается по выражению:

Рем = So*4c3*lW+S„„ = SoVWSa'K; (5.2)

где So - плотность солнечной радиации, Вт/м2; т^, - КПД СЭ; Пот - оптический КПД концентратора; SU№ Se - площади миделя концентратора и СЭ, м , К - геометрическая концентрация.

Примем обозначения стоимости единицы площади СЭ - Ус концентратора - У„ и после преобразования выражений (5.16) и (5.17), получим [165]:

Цус/Рс. = (1 + а)*Усэ/(So*T1c3*T|oitt* К) + V«/(So43*tw); (5.3)

где, а - коэффициент, определяющий стоимость сборки СМ как долю стоимости СЭ. Для расчета себестоимости СМ примем следующие данные: У„ = 7500 руб./м2; У, = 3000 руб./м2; а = 0,3; S0 = 1000 Вт/м2; SMlul = 0,74 м2; По = 0,12; Ti0Itr = 0,74; К = 7,785 и получим результаты:

Для СМ с концентратором:

IVP» = (1+0,3)*7500/(1000*0,12*0,74*7,785)+3000/(1000*0,12*0,74)« 48 руб./Вт; Для СМ без концентратора:

ЩРфп = (1 +0,3)*7500/(1000*0,11♦0,74*1)» ПОрубТВт; Годовой экономический эффект Г,ф. и срок окупаемрсти Тосуп. определяем из сравнения приведенных затрат для нового изделия и трех базовых вариантов.

Вариант 1: Г3ф i = П| — Пно». юл. ~ 111,14 -18,075 = 93,065 тыс. руб. (5.4)

W= (Кно..та.- К,)/(Э, - Эт,. „д) = (110,5-14,5)/(108,96- 1,5)= 0,893 год. (5.5) Вариант 2: Г^, j = П2 - Пм, mí = 25,122-18,075 = 7,047 тыс. руб.

Т,жу„ = (Кт..та1-К2у(Э2-Э„О1.им) = (110^ -39,8У(19,152- 1,5) = 4,005 год. Вариант 3: Г^^Пз-П.«».«^ 24,846-18,075 = 6,771 тыс. руб.

Тжу„ = (К„м. „я- К3У(Э3 - Эи0, ^ = (110,5 - 76,6У(13,356 - 1,5)= 2,859 год.

Результаты исследования показывают высокую эффективность использования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами для электроснабжения автономного сельского дома и экономию традиционных видов топлива. Количество электроэнергии, вырабатываемой модулями, достаточна для применения дополнительных электробытовых приборов. В данном случае, бензогенератор необходим как резервный источник электроэнергии, а также для обеспечения одновременной работы нескольких энергоемких электроинструментов, необходимых в крестьянском хозяйстве. Таким образом, комбинированная система энергоснабжения позволяет сократить расход бензина по сравнению с основным базовым вариантом 3 (табл. 5.2) до количества необходимого БГ для зарядки АБ в экстренных случаях. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Сформулированы основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование развития и устранение препятствий на пути использования ВИЭ в регионе.

2 Определены категории потребителей и районы края, где использование ВИЭ в настоящее время наиболее оправданно и необходимо, т.е. районы сельскохозяйственного производства, фермерские и дачные хозяйства курортные и рекреационные зоны, районы с неблагоприятной экологической и социальной обстановкой и т.д.

3. Произведена оценка доступных и целесообразных для применения с экономической, экологической и социальной точек зрения ресурсов ВИЭ региона. Из рассмотренных видов ВИЭ наибольшими ресурсами и возможностями в использовании обладает солнечная энергия и энергия биомассы.

4. Разработаны конструкции солнечных модулей с концентраторами, защищенные двумя решениями о выдаче патентов РФ на изобретение. Данные конструкции позволяют производить и использовать мобильные, компактные, технологичные системы энергоснабжения автономных объектов, необходимых также для небольших объемов потребления энергии в условиях сельскохозяйственного производства Забайкалья.

5. Предложен метод и разработана методика исследования солнечных модулей с концентраторами, позволяющий в ограниченный погодными и климатическими условиями период времени, моделировать длительный период работы модулей, использованный при исследовании солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором. В ходе представленных экспериментов были получены данные по ходу солнечных лучей, измерены вольтамперные характеристики модуля, зависимости тока короткого замыкания относительно изменения угла и угла распределение концентрации освещенности в поперечной и продольной плоскости солнечного модуля. Из полученных в ходе экспериментов результатов следует, что при моделировании работы в течение года солнечные модули работают в пределах расчетного значения апертурного угла концентраторов. Важным достоинством исследованных солнечных модулей, является возможность работы в стационарном или квазистационарном режиме с возможностью установки, как на крышах, так и на южных фасадах зданий.

6. Предложен метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя и разработана методика расчета, позволяющая производить точный анализ потерь мощности солнечного модуля с последовательным соединением фотопреобразователей и оценить влияние рассогласования параметров отдельных фотопреобразователей и неоднородной засветки солнечного модуля на генерируемую мощность, а также сократить сроки исследований, расходы дорогостоящего материала в периоды разработки новых конструкций солнечных модулей с концентраторами.

7. Разработаны рекомендации по проектированию и оптимизации теплового баланса автономных объектов Забайкалья для повышения эффективности применения систем энергоснабжения на основе комплексного использования солнечной энергии и традиционных видов топлива.

8. Произведена оценка годового энергопотребления типового для Забайкалья автономного сельского дома размером 7x8 м2 и отапливаемым объемом Ул = 168 м3 с улучшенной теплоизоляцией наружных ограждающих конструкций и стеклопакетами в оконных блоках, рассчитанного на проживание 4 человек. Исследование и расчет показали, что теплопотребление отопления составило 19,5 МВт*ч/год, горячего водоснабжения 6,07 МВт*ч/год. Годовое теплопотребление дома равно 25,6 МВт*ч/год. Потребление электроэнергии в теплое время года в пределах 2,7 кВт*ч/сут., в холодное время, при отключенном холодильнике - 1,0 кВт*ч/сут. Годовое потребление электроэнергии достигает 610 кВт*ч/год. Из результатов проведенного расчета следует, что при использовании энергосберегающих бытовых приборов и электрооборудования сельский труженик может получить достаточно высокий уровень жизни, что также позволяют рассмотреть возможность разработки системы энергоснабжения на основе использования солнечной энергии.

9. Технико-экономический расчет разработанной модульной системы энергоснабжения, состоящей из 10-ти солнечных модулей на основе асимметричных параболоцилиндрических концентраторов с общей площадью миделя 7,4 м2 показал, что в условиях Забайкалья производство электроэнергии составляет 994 кВт*ч/год, горячей воды 68360 кг/год с температурой 60+90°С или теплоты 17,88 ГДж/год.

10. Результаты расчетов стоимости солнечного модуля с концентратором показывают, что стоимость концентратора влияет на стоимость фотопреобразователей только в составе солнечной установки, в то время как КПД модуля влияет на стоимость всех составляющих. Стоимость сборки солнечных модулей без концентрации солнечного излучения составляет примерно 50 % от стоимости фотопреобразователей. Таким образом, при расчетном коэффициент геометрической концентрации 7,785 и с учетом реальных условий работы

солнечных установок можно получить стоимость установленной мощности на уровне 60 рубУВт.

11. Предложена комбинированная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными концентраторами, имеющая в составе дублирующий водяной котел на твердом топливе и резервный бензогенератор, обеспечивающая устойчивое энергоснабжение автономного сельского дома в условиях Забайкалья. При отсутствии прихода солнечной радиации заряд аккумуляторной батареи системы способен удовлетворить потребность в электроэнергии в холодное время года в течение 8 суток, а в теплое время года на срок 3 суток, и, сократить расход жидкого топлива. При коэффициенте замещения системы, равном К, = 0,17, расход твердого топлива сокращается на 1,53 т у. т. за отопительный период года. Стоимость комбинированной системы энергоснабжения равна 110,5 тыс. руб. Годовой экономический эффект и срок окупаемости системы, в сравнении с основным базовым вариантом на основе солнечных батарей и термоэлектрического генератора, составляет соответственно 6,771 тыс. руб./год и 2,859 года.

12. Произведен расчет стоимости комбинированной системы энергоснабжения при условии получения банковского кредита с учетом выплат 10 % по кредиту и приведенных затрат на весь срок эксплуатации, равный 20 годам. Стоимость системы достигнет 202 тыс. руб.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Стребков Д.С, Тюхов И.И., Тверьянович Э.В., Содномов Б.И. Солнечные установки для энергоснабжения сельскохозяйственных объектов/ Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2003. - № 8. С. 14 - 17.

2. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Тюхов И.И., Иродионов А.Е., Содномов Б.И., Ярцев Н.В. Комбинированное производство электроэнергии и тепла на основе фотоэлектрических концентраторных систем// Экология и сельскохозяйственная техника. Материалы международной научно-практической конференции. Т. 3. - Санкт-Петербург: СЗНИИМЭСХ. -2002. С. 53 - 58.

3. Стребков Д.С., Иродионов А.Е., Содномов Б.И. Солнечные фотоэлектрические модули с концентраторами для энергоснабжения сельскохозяйственных объектов// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 4. - Москва: ГНУ ВИЭСХ. - 2003. С. 85 - 90.

4. Стребков Д.С., Содномов Б.И. Солнечные системы энергоснабжения сельских домов// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 4. - Москва: ГНУ ВИЭСХ. - 2003. С. 101 - 106.

5. Стребков Д.С., Шувалов А.М., Иродионов А.Е., Исаева А.Н., Данько Е.М., Содномов Б.И. Модульная система горячего водоснабжения// Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства в XXI веке и проблемы эффективности производства. Материалы международной научно-практической конференции. Т. 10. « Подольск: ВНИИМЖ. -2001. С. 230-237.

6. Стребков Д.С., Содномов Б.И. Солнечный модуль с концентратором Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 5 декабря 2003 г по заявке № 2003108833.

7. Содномов Б.И., Стребков Д.С. Солнечный модуль с концентратором. Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 5 декабря 2003 г по заявке № 2003111226.

8. Стребков Д.С., Тюхов И.И., Иванов БЛБ., Содномов Б.И. Преобразование вольтамперной характеристики солнечного модуля к виду вольтамперной характеристики единичного солнечного элемента// Сборник научных трудов. Т. 89. - Москва: ГНУ ВИЭСХ -2004. С. 82-89.

9. Стребков Д.С., Тюхов И.И., Иванов В.Е., Содномов Б.И. Экспериментальные исследования характеристик асимметричного параболоцилиндричесхого концентратора// Энерго- и ресурсосбережение как фактор социально-экономического развития регионов центрального федерального округа. Материалы докладов научно-практической конференции. Т. 2. - Смоленск: Филиал ГОУ ВПО "МЭИ (ТУ)" в г. Смоленске. - 2003. С. 14 - 17.

10. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Тюхов И.И., Иродионов А.Е., Содномов Б.И., Ярцев Н.В. Концентраторные солнечно-энергетические системы для природных заповедников и культурных зон// Здоровье - питание - биологические ресурсы. Сборник научных трудов. К 125-летию со дня рождения академика Н.В. Рудницкого. Т. 2. - Киров: НИИСХ Северо-Востока. -2002. С. 395-401.

11. Содномов Б. И. Экономико-экологические и социальные условия развития возобновляемых источников энергии в Забайкалье// Материалы четвертой всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии». К 250-летию образования Московского университета/ Под общей редакцией В В. Алексеева. - Москва: Географический факультет МГУ. - 2003. С. 96 - 99.

12. Содномов Б. И. Лабораторные испытания экспериментального образца стационарного фотоэлектрического модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором// Материалы четвертой всероссийской научной молодежной школы «Возобновляемые источники энергии». К 250-летию образования Московского университета/ Под общей редакцией В В. Алексеева. - Москва: Географический факультет МГУ. - 2003. С. 99 -104.

Подписано в печать 15.03.04г. Тираж 120 экз.

Формат 60x84/16

Уч.-изд. л. 2,8 Заказ №13

Отпечатано в 00 и ВП ОАО «РОСЭП»

111395, г. Москва, Аллея Первой Маёвки, 15

Ш- 6398

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Формирование основ программы устойчивого энергоснабжения Забайкалья с использованием возобновляемых источников энергии.

1.1. Общие принципы повышения эффективности систем энергоснабжения.

1.2. Возобновляемые источники энергии и концепция устойчивого развития.

1.3. Систематизация направлений обеспечения устойчивого энергоснабжения Забайкалья.

1.4. Основные направления применения возобновляемых источников энергии в Забайкалье.

1.5. Определение районов и категорий потребителей возобновляемых видов энергии.

1.6. Оценка доступного потенциала возобновляемых источников энергии Забайкалья.

1.6.1.Энергия Солнца.

1.6.2. Энергия ветра.

1.6.3.Энергия биомассы.

1.6.4. Энергетические ресурсы малых рек.

1.6.5. Геотермальная энергия.

ГЛАВА 2. Анализ потерь мощности солнечного модуля с концентратором при рассогласовании параметров отдельных солнечных элементов.

2.1. Солнечные элементы.

2.2. Исследование систем отвода теплоты солнечных модулей.

2.3. Вопросы потерь мощности в солнечном модуле с концентратором.

2.3.1. Потери мощности в солнечном модуле.

2.3.1.1. Потери, возникающие при соединении солнечных элементов в модуль.

2.3.1.2. Потери мощности в неравномерно освещенном солнечном модуле.

2.3.1.3. Сравнение потерь мощности в модулях из солнечных элементов с прямоугольными и треугольными вольтамперными характеристиками.

2.3.2. Параллельное и последовательное соединение солнечных элементов.

2.3.2.1. Вольтамперная характеристика солнечного элемента.

2.3.2.2. Мощность, отдаваемая солнечным элементом в нагрузку.

2.3.2.3. Мощность, генерируемая последовательно соединенными солнечными элементами.

2.3.2.4. Параллельное соединение солнечных элементов.

2.3.3.Преобразование вольтамперной характеристики группы солнечных элементов к виду вольтамперной характеристики единичного солнечного элемента.

2.3.3.1. О вольтамперных характеристиках последовательного и параллельного соединения солнечных элементов.

2.3.3.2. Параметры вольтамперных характеристик последовательного соединения солнечных элементов.

2.3.3.3. Параметры вольтамперных характеристик параллельного соединения солнечных элементов.

2.4. Параметры солнечного элемента при имитированном и естественном солнечном излучении.

2.4.1. Параметры солнечного элемента при имитации солнечного излучения.

2.4.2. Параметры солнечного элемента при естественном солнечном излучении.

ГЛАВА 3. Исследование солнечных модулей с концентраторами солнечного излучения.

3.1. Концентраторы солнечного излучения.

3.1.1. Преломляющие концентраторы.

3.1.2. Отражающие концентраторы.

3.2. Стационарные концентраторы.

3.3. Солнечные модули с параболоцилиндрическими концентраторами.

3.4. Солнечные модули с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами.

3.4.1. Расчетная производительность солнечных модулей с концентраторами.

3.5. Исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами.

3.5.1. Параметры солнечного модуля с концентратором.

3.5.2. Параметры солнечного модуля с концентратором при моделировании работы в длительный период.

3.5.3. Распределение концентрации освещенности солнечного модуля в концентраторе.

3.5.4. Параметры солнечного модуля при изменении положения в концентраторе.

3.5.5. Мощность солнечного модуля при работе с концентратором и без концентратора.

3.6. Разработка конструкций солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами.

3.6.1. Солнечный модуль с трансформируемым концентратором.

3.6.2. Варианты конструкций солнечных модулей с концентратором.

3.6.3. Солнечный модуль с концентратором в виде вариантов сдпо-объемных конструкций.

ГЛАВА 4. Методика проектирования и расчет энергопотребления автономного сельского дома для условий Забайкалья.

4.1. Рекомендации по оптимизации тепловой эффективности дома.

4.1.1. Основные принципы проектирования энергоэффективного дома.

4.1.2. Постановка задач на начальном этапе проектирования энергоэффективного дома.

4.1.3. Методика оценки энергетического влияния возобновляемых источников энергии на тепловой баланс дома.

4.1.4. Определение оптимальных границ влияния наружного климата в тепловом балансе дома.

4.2. Энергоэффективный автономный сельский дом для условий Забайкалья.

4.3. Оценка энергопотребления автономного сельского дома в условиях Забайкалья.

4.3.1.Типовые тепловые нагрузки и расчетное теплопотребление.

4.3.1.1. Расчет тепловой нагрузки на отопление.

4.3.1.2. Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение.

4.3.1.3. Расчет коэффициента замещения.

4.3.2.Основные категории систем энергоснабжения автономных потребителей на основе возобновляемых источников энергии.

4.3.3.Типовые электрические нагрузки и расчетное электропотребление.

ГЛАВА 5. Технико-экономическое обоснование комбинированной системы энергоснабжения автономного сельского дома для условий Забайкалья.

5.1. Модульная система тепло - и электроснабжения.

5.1.1. Технико-экономические параметры модульной системы энергоснабжения.

5.2. Схема и работа элементов системы энергоснабжения.

5.3. Состав оборудования системы энергоснабжения.

5.3.1 .Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором.

5.3.2. Бензогенератор.

5.3.3. Аккумуляторная батарея.

5.3.4. Инвертор и зарядное устройство.

5.4. Технико-экономический расчет систем энергоснабжения с различными типами комплектации.

5.4.1. Выбор типов комплектации систем энергоснабжения для базы сравнения.

5.4.2. Технико-экономический расчет по первому базовому варианту системы энергоснабжения.

5.4.3.Технико-экономический расчет по второму базовому варианту системы энергоснабжения.

5.4.4. Технико-экономический расчет по третьему базовому варианту системы энергоснабжения.

5.4.4.1. Солнечная батарея.

5.4.4.2. Термоэлектрический генератор.

5.4.5. Технико-экономический расчет основного варианта системы энергоснабжения.

5.4.5.1. Расчет стоимости солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором.

5.4.5.2. Расчет экономической эффективности системы энергоснабжения.

5.4.5.3. Расчет затрат на приобретение и полный срок эксплуатации системы энергоснабжения при условии банковского кредитования.

По оценке экспертов Международной топливмо-энергетической ассоциации, потребление энергии во всем мире возрастет с 13,2 млрд. т у. т. в 1995 году до 21 млрд. т у. т. - к середине века. Россия располагает огромными запасами ископаемых видов топлива. К примеру, Россия занимает третье место по запасам угля - после США и Китая. Угля стране хватит на сотни лет, нефти и природного газа - на десятилетия. Разведка и разработка новых месторождений нефти и газа требует вложения крупных инвестиций, ко всему прочему они находятся в зоне влияния северных морей с суровыми климатическими и природными условиями. Данные основные факторы непрерывно увеличивают себестоимость традиционных видов энергоносителей.

Сжигание ископаемых видов топлива уже в настоящее время негативно отражается на состоянии окружающей среды. С ростом потребления энергии проблемы экологии будут увеличиваться. Энергетика на ископаемых видах топлива приводит к дополнительному нагреву среды обитания и может привести к изменению климата планеты. В настоящее время большая часть производимой электрической и тепловой энергии вырабатывается на ТЭЦ, работающих на органическом топливе. Топливно-энергетический комплекс является крупнейшим загрязнителем окружающей среды, выбрасывающим до 50 % всех вредных веществ в атмосферу, до 30 % загрязненных сточных вод, свыше 30 % твердых отходов производства и до 70 % общего объема парниковых газов.

Считается, что для того чтобы избежать необратимых изменений климата, суммарная выработка энергии на Земле не должна превышать 1 % от всей энергии, приходящей на Землю от Солнца (около 1,5* 1024 Дж/год) [1,2,3].

Развитие общества и уровень жизни населения любой страны связаны с обеспечением энергией, от энергетической отрасли экономики во многом зависят объемы промышленного и сельскохозяйственного производства.

Энергопотребление в сельском хозяйстве в 2002 году составило 78 млн. т у. т. в том числе: моторного топлива 15,8; твердого топлива 25,0; газа 27,0; электроэнергии 8,5; печное бытовое 1,5; возобновляемая энергия, отходы и местное топливо 0,1. Потребление энергоресурсов в сельском хозяйстве снизилось за 10 лет в два раза. В производстве снижение электроэнергии произошло более чем в два раза (с 70 до 30 ТВт*ч), в то же время в быту, приусадебном хозяйстве и социальной сфере оно возросло с 30 до 37,8 ТВт*ч. Это связано со смещением реальных объектов производства сельхозпродукции с общественного в частный сектор (фермерские хозяйства, садоводческие товарищества, личные подсобные хозяйства крестьян и т.д.) [4].

Электровооруженность труда в ссльхозпроизводствс составляет 6000 кВт*ч/работник, в использование электроэнергии в бытовых процессах около 600 кВт*ч в год, что в 2 - 3 раза ниже, чем в европейских странах. Однако северное географическое расположение России с суровыми географическими условиями требует в 1,5 - 2,5 раза выше затрат энергии на единицу сельскохозяйственной продукции и обогрев производственных и жилых помещений. Эти факторы должны учитываться при энергообеспечении сельского хозяйства с целью обеспечения конкурентоспособности отрасли.

В настоящее время, при опережающем росте тарифов и цен на электроэнергию и топливо по сравнению с ценами на сельхозпродукцию, доля энергозатрат в ее себестоимости резко возросла с 3 - 8 % до 10 - 20 %, а по некоторым видам продукции до 50 % (теплицы, птицефабрики). В среднем в валовой продукции сельского хозяйства прямые энергозатраты в стоимостном отношении составляют около 13 %.

Снижение надежности (продолжительности перерывов в электроснабжении сельских объектов возросла до 75 часов в год) привело к годовому ущербу в более 1,5 млрд. руб. С 2001 года Правительство России отменило льготные тарифы на электрическую и тепловую энергии для сельского хозяйства [5].

В проекте новой «Энергетической стратегии России», планируемой до 2020 года, отмечена необходимость наращивания энергетического потенциала страны и повышения энергопотребления каждого жителя, а также внедрение энергетических установок, безопасных для экологии и жизнедеятельности человека, надежных с конструктивной точки зрения, экономически и технически целесообразных для применения в условиях отдельно взятого региона. Реализация планов повой «Энергетической стратегии России» в условиях рыночной экономики позволит повысить роль возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в улучшении уровня жизни примерно 10 млн. человек. Многие отдаленные районы России не присоединены к электрическим и тепловым сетям. В отдельных регионах страны доля энергии, получаемой от ВИЭ, может доходить до 30 % от завозимых энергетических ресурсов. В сравнении с высокой стоимостью строительства линий электропередач и подстанций, сооружение установок по использованию ВИЭ не требует значительных капиталовложений и сроков [6, 157].

Возобновляемые источники энергии следует рассматривать на достаточно длительный срок, примерно, на первую четверть XXI века, не в качестве альтернативы развития традиционной энергетики, а как дополняющий источник энергии, с помощью которого можно решить очень важные экологические, экономические и социальные проблемы.

За последнее десятилетие в мире в области использования ВИЭ достигнут значительный прогресс [7, 8, 167]. Стоимость производимой энергии и характеристики большинства технологий были улучшены на порядок. Во многих странах усилия прилагаются, прежде всего, на решении вопросов развития рынка ВИЭ, поиска заказчиков, которые могли бы способствовать проведению научно-исследовательских и проектных работ и связанному с этим развитию технологий. [9, 10].

Вот уже более десяти лет программы развития энергетики как Европейского Союза (ЕС) в целом, так и отдельных стран - членов ЕС, предусматривают использование ВИЭ в качестве серьезной альтернативы традиционным источникам энергии, их развитие стало приоритетом энергетической политики ЕС. В конце декабря 1997 г. в свет вышла Белая Книга Европейского Союза (ЕС) по Стратегии и Плану Действий в области развития возобновляемой энергетики («СОМ/97/599/final»), содержащая детальный план конкретных мероприятий, направленных на двукратное увеличение относительно уровня 1995 г. вклада ВИЭ в общий энергетический баланс ЕС к 2010 году. Большая роль в достижении этой цели отводится увеличению использования энергии Солнца и ветра [11].

Ориентиром, которого Европейская Комиссия намерена достичь к 2010 году, является 12 % показатель вклада ВИЭ в общий баланс энергопотребления стран -членов ЕС (в настоящее время 6 %). Несомненными лидерами по этому показателю сейчас являются Австрия и Швеция (по 24 %), а также Финляндия и Португалия (19 и 17,5 % соответственно) [12].

В Германии в 1999 году была принята государственная программа «100000 крыш», согласно которой солнечные электрические станции (СЭС), соединенные с сетью, кредитуются по ставке на 4,5 % ниже рыночной. Дополнительно, согласно закону о возобновляемой энергии, владельцы систем соединенных с сетью, продают энергию по цене 0,8 US$/kBt*4 (с 1 апреля по 31 декабря 2001 года, затем цена будет снижаться на 5 % в год) [13]. Среди ограничений в тексте закона - государство или дистрибьютор электроэнергии не должны иметь доли более 25 % в компании -производителе электроэнергии, а мощность СЭС не должна превышать 100 кВт для установок, не интегрированных в конструкцию здания, и 5 МВт для прочих солнечных установок. Комбинация этих инициатив привела к стремительному росту отрасли, - с января по март 2000 года было введено в строй более 9000 систем общей мощностью 25 МВт и поданы заявки еще на 15000 систем. За последние годы в Германии создано 80000 новых рабочих мест в индустрии ВИЭ [8].

В Австралии с начала 2000 года работает программа, по которой правительство предоставляет гранты на строительство солнечных электростанций в размере 5,5 $ на 1 Вт установленной мощности. Размер финансирования программ - 31 млн. австралийских долларов [14].

В 1994 г. правительство Японии выплатило компенсации хозяевам более 700 частных домов, в размере 50 % стоимости фотоэлектрических модулей, установленных на их крышах и с начала 1997 г. осуществляет новую программу «10000 фотоэлектрических крыш», которая финансируется на одну треть из государственных источников.

В Кении за последние 5 лет с помощью фотоэлектрических установок (ФЭУ) было электрифицировано 20000 сельских домов [15].

Большая программа по внедрению ФЭУ реализуется в Индии, где в 1986 - 1992 гг. на их установку в сельской местности было затрачено 690 млн. рупий [16].

В Израиле в соответствии с законом, требующим, чтобы каждый дом был снабжен солнечной водонагревательной установкой, установлено около 800000 солнечных коллекторов (СК), которые обеспечивают 70 % населения страны горячей водой [15].

Летом 1997 г. президент США заявил о начале проведения беспрецедентной государственной программы использования фотоэлектричества, подразумевающей установку и использование около миллиона солнечных фотоэлектрических установок в городах США [17].

В России, в рамках направления «Нетрадиционная энергетика» государственной научно-технической подпрограммы «Экологически чистая энергетика» и по программам поддерживаемым Минтопэнерго России, РАО «ЕЭС России» и РАН, на высоком научно-техническом уровне разработан весь спектр оборудования для использования различных видов ВИЭ. В планах развития энергетики, использующей возобновляемые источники энергии, РАО «ЕЭС России» предусматривает в течение ближайшего десятилетия создание необходимой научной и производственной базы, введение в эксплуатацию в различных регионах России электростанций и энергоустановок на основе ВИЭ общей мощностью 300 - 500 МВт.

Существует Федеральный закон «Об энергосбережении», значительная часть субъектов Российской Федерации имеют свои законы об энергосбережении и соответствующие программы, предусматривающие реализацию энергосберегающих мероприятий, а также использование местных нетрадиционных энергоресурсов.

Постановлением правительства Российской Федерации (от 28 августа 1997 года № 1093) была одобрена программа на 1997 - 2000 гг.: «Энергообеспечение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания коренных малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива». Программой предусматривалось сооружение на данной территории малых ГЭС и микроГЭС, биогазовых установок, комплексов горячего водоснабжения на базе солнечных коллекторов, фотоэлектрических станций, ветроэнергетических установок, геотермальной электростанции и малых ТЭЦ на торфе.

Выбор основных направлений развития различных отраслей экономики Забайкалья подвергается в настоящий момент существенному изменению после возникновения концепции «устойчивого развития». Реализация основных принципов концепции, применимых к различным отраслям экономики региона, включая и энергетику, является единственным из всех возможных путей дальнейшего развития. Для решения все чаще возникающих энергетических, экологических и социальных проблем Забайкатья перспективно применение возобновляемых источников энергии. Все источники возобновляемой энергии обладают таким преимуществом перед традиционными видами топлива, они практически неисчерпаемы, не загрязняют окружающую среду и не требуют вложений материальных средств на добычу и транспортировку энергоресурсов.

Данная работа, содержащая исследование энергетических ресурсов и оценку возможностей ВИЭ Забайкалья с разработкой рекомендаций комплексного использования ВИЭ и традиционных видов топлива при проектировании систем энергоснабжения автономных сельскохозяйственных объектов, является основой формирования региональной концепции устойчивого энергоснабжения. В разрабатываемой комбинированной системе энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта, на основе использования ВИЭ и традиционных видов энергии, в качестве возобновляемого источника энергии предусматривается солнечная энергия, вследствие наличия в регионе достаточных ресурсов энергии Солнца.

Использование солнечных элементов (СЭ) является одним из наиболее перспективных методов преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Данный метод подразделяется на два направления - прямое фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии с помощью плоских фотоэлектрических модулей и с применением концентрирующих устройств. Данные направления считаются одинаково приемлемыми для создания солнечных фотоэлектрических систем - как наиболее экологически чистых, обеспеченных ресурсами и в дальнейшей перспективе экономичных источников электрической и тепловой энергии [3,18].

В развитие отечественной и мировой гелиотехники, а именно фотоэлектрического способа преобразования солнечной энергии внесли большой вклад российские ученые: Алферов Ж.И., Андреев В.М., Баум В.А., Вавилов B.C., Васильев A.M., Евдокимов В.М., Каган М.Б., Колтун М.М., Кондратьев К.Я., Ландсман А.П., Лидоренко Н.С., Пивоварова З.И., Потапов В.Н., Рябиков С.В., Селиванов Н.П., Стребков Д.С., Тарнижевский Б.В., а также зарубежные Бекман У., Даффи Дж., Клейн С., Колларес - Перейра М., Лю Б., Джордан Р., Холландс К. и ряд других выдающихся ученых.

Актуальность исследования обусловлена следующим:

1) наиболее перспективным возобновляемым источником энергии (ВИЭ) для применения в системах энергоснабжения автономных сельскохозяйственных объектов в условиях Забайкалья является солнечная энергия;

2) необходимостью предварительной укрупненной оценки доступного потенциала ВИЭ края и разработки рекомендаций по приоритетам в применении ВИЭ для последующей детальной разработки региональной программы устойчивого развития энергоснабжения Забайкалья;

3) необходимостью определения и исследования основных направлений развития систем устойчивого энергоснабжения в сельскохозяйственном производстве Забайкалья на основе комплексного применения традиционных и возобновляемых источников энергии;

4) необходимостью определения направлений устойчивого развития энергетического сектора сельскохозяйственного производства и экономики всего региона.

Основной целью исследования является разработка системы устойчивого энергоснабжения автономного объекта на основе комплексного использования возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива для условий Забайкалья, для достижения которой необходимо:

1) определение основных мероприятий, направленных на решение вопросов, связанных с внедрением и развитием систем энергоснабжения, использующих ВИЭ;

2) разработка и формирование основных направлений, связанных с развитием систем устойчивого энергоснабжения;

3) определение роли и величины вклада ВИЭ в программу энергосбережения для обеспечения устойчивого энергоснабжения региона;

4) подготовка методических рекомендаций по применению ВИЭ в регионе, основанных на данных исследований;

5) определение потенциала возобновляемых источников энергии Забайкалья,

6) определение районов и категорий потребителей региона, где использование систем энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива целесообразно и оправданно;

Основной задачей исследования является обеспечение энергетической и экологической безопасности Забайкалья и последующего устойчивого развития региона. Для достижения представленной задачи необходимо:

1) исследование распределения ВИЭ региона, выбор и обоснование целесообразных для применения, как возобновляемых источников энергии, так и традиционных видов топлива;

2) исследование районов и категорий потребителей Забайкалья, где использование систем энергоснабжения использующих ВИЭ по техническим и экономическим параметрам оправдано и необходимо;

3) исследование типов солнечных модулей с концентраторами;

4) исследование солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором;

5) исследование фотопреобразователей и конструкций солнечных модулей;

6) исследование потерь мощности солнечного модуля при влиянии на его работу различных факторов;

7) исследование энергопотребления типового для Забайкалья автономного сельского дома;

8) исследование энергосберегающих бытовых приборов и оборудования системы энергоснабжения с целью применения и определение влияния их на конструктивные и экономические характеристики системы;

Научная новизна представленных разработок заключается в следующем:

1) обоснованы основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование и развитие использования ВИЭ;

2) разработаны конструкции солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторми;

3) разработан метод исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

4) разработан метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя;

5) разработана модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

6) разработана комбинированная система энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта в условиях Забайкалья на основе комплексного применения возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива

Объектом исследования являются системы энергоснабжения автономных потребителей Забайкалья и его рекреационных зон;

Предметом исследования является процесс разработки системы устойчивого энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта на основе комплексного использования традиционных и возобновляемых источников энергии и конструктивные решения по повышению энергоэффективности данной системы в условиях Забайкалья.

Для достижения поставленных задач использованы следующие методы и технологии современной науки:

1) принципы построения моделей концепции устойчивого развития (устойчивого энергоснабжения), применительно к условиям Забайкалья и рекреационных зон региона;

2) численные методы расчета;

3) математическое моделирование динамических процессов;

4) математические методы системного анализа;

5) численный эксперимент;

6) теория подобия (в приложении к процессам теплопередачи);

7) методы прикладной экономики (определение экономической эффективности, текущей и будущей стоимости, прогнозирование и планирование, определение стоимости по укрупненным показателям и т.д.).

В работе изложены: теоретические основы проблематики устойчивого энергоснабжения Забайкалья и проведен анализ положения на данный момент в области обеспечения устойчивого энергоснабжения с применением ВИЭ; разработка основ региональной программы устойчивого энергоснабжения на базе комплексного и эффективного использования традиционных и возобновляемых источников энергии.

Научная новизна представленных разработок заключается в следующем:

1) обоснованы основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование и развитие использования ВИЭ;

2) разработаны конструкции солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторми;

3) разработан метод исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

4) разработан метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя;

5) разработана модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

6) разработана комбинированная система энергоснабжения автономного сельскохозяйственного объекта в условиях Забайкалья на основе комплексного применения возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива

Результаты исследования направлены: на подготовку рекомендаций по разработке систем устойчивого энергоснабжения автономных сельскохозяйственных объектов в условиях Забайкалья на основе использования традиционных и возобновляемых источников энергии; результаты исследований применимы в образовательных целях.

Проведенные исследования позволили определить основные направления последующих работ: обобщение методов прогнозирования цен на энергоносители и коэффициентов инфляции; разработка детальной концепции устойчивого развития Забайкалья; разработка методов расчета количественных параметров устойчивого развития энергоснабжения, общественного и экологического эффекта от использования ВИЭ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья;

2) конструкции солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

3) метод исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

4) метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя;

5) модульная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

6) комбинированная система энергоснабжения автономного сельского дома на основе комплексного применения возобновляемых источников энергии и традиционных видов топлива для условий Забайкалья.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 167 источников и приложений. Работа изложена на 180 страницах текста, содержит 77 иллюстраций и 46 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Работа представляет собой научно-техническое и методологическое обоснование и решение проблемы комплексного использования ресурсов традиционных и возобновляемых источников энергии Забайкалья для энергоснабжения автономных сельских объектов, в рамках формирования основ программы устойчивого энергоснабжения региона и содержит следующие разработки:

1() Сформулированы основные принципы устойчивого энергоснабжения Забайкалья, определяющие направления и действия, обеспечивающие стимулирование развития и устранение препятствий на пути использования ВИЭ в регионе;

2) Определены категории потребителей и районы края, где использование ВИЭ в настоящее время наиболее оправданно и необходимо, т.е. районы сельскохозяйственного производства, фермерские и дачные хозяйства курортные и рекреационные зоны, районы с неблагоприятной экологической и социальной обстановкой и т.д.

3) Произведена оценка доступных и целесообразных для применения с экономической, экологической и социальной точек зрения ресурсов ВИЭ региона. Из рассмотренных видов ВИЭ наибольшими ресурсами и возможностями в использовании обладает солнечная энергия и энергия биомассы.

4) Разработаны конструкции солнечных модулей с концентраторами, защищенные двумя решениями о выдаче патентов РФ на изобретение. Данные конструкции позволяют производить и использовать мобильные, компактные, технологичные системы энергоснабжения автономных объектов, необходимых также для небольших объемов потребления энергии в условиях сельскохозяйственного производства Забайкалья;

5) Предложен метод исследования солнечных модулей с концентраторами, позволяющий в ограниченный погодными и климатическими условиями период времени, моделировать длительный период работы модулей, использованный при исследовании солнечного модуля с асимметричным параболоцилипдрическим концентратором. В ходе представленных экспериментов были получены данные по ходу солнечных лучей, измерены вольтамперные характеристики модуля, зависимости тока короткого замыкания относительно изменения угла а и угла Д распределение концентрации освещенности в поперечной и продольной плоскости солнечного модуля. Из полученных в ходе экспериментов результатов следует, что при моделировании работы в течение года солнечные модули работают в пределах расчетного значения апертурного угла концентраторов. Важным достоинством исследованных солнечных модулей, является возможность работы в стационарном или квазистационарном режиме с возможностью установки, как на крышах, так и на южных фасадах зданий.

6) Разработана методика исследования солнечных модулей с асимметричными параболоцилиндрическими концентраторами;

7) Предложен метод преобразования вольтамперной характеристики последовательного соединения фотопреобразователей к виду вольтамперной характеристики единичного фотопреобразователя, позволяющий производить точный анализ потерь мощности солнечного модуля с последовательным соединением фотопреобразователей и оценить влияние рассогласования параметров отдельных фотопреобразователей и неоднородной засветки солнечного модуля на генерируемую мощность, а также сократить сроки исследований, расходы дорогостоящего материала в периоды разработки новых конструкций солнечных модулей с концентраторами.

8) Разработана методика расчета потерь мощности солнечного модуля с концентратором;

9) Разработаны рекомендации по проектированию и оптимизации теплового баланса автономных объектов Забайкалья для повышения эффективности применения систем энергоснабжения на основе комплексного использования солнечной энергии и традиционных видов топлива;

10) Произведена оценка годового энергопотребления типового для Забайкалья автономного сельского дома размером 7x8 м2 и отапливаемым объемом Ул = 168 м3 с улучшенной теплоизоляцией наружных ограждающих конструкций и стеклопакетами в оконных блоках, рассчитанного на проживание 4 человек. Исследование и расчет показали, что теплопотребление отопления составило 19,5 МВт*ч/год, горячего водоснабжения 6,07 МВт*ч/год. Годовое теплопотребление дома равно 25,6 МВт*ч/год. Потребление электроэнергии в теплое время года в пределах 2,7 кВт*ч/сут., в холодное время, при отключенном холодильнике - 1,0 кВт*ч/сут. Годовое потребление электроэнергии достигает 610 кВт*ч/год. Из результатов проведенного расчета следует, что при использовании энергосберегающих бытовых приборов и электрооборудования сельский труженик может получить достаточно высокий уровень жизни, что также позволяют рассмотреть возможность разработки системы энергоснабжения на основе использования солнечной энергии.

11) Технико-экономический расчет разработанной модульной системы энергоснабжения, состоящей из 10-ти солнечных модулей на основе асимметричных параболоцилиндрических концентраторов с общей площадью миделя 7,4 м2 показал, что в условиях Забайкалья производство электроэнергии составляет 994 кВт*ч/год, горячей воды 68360 кг/год с температурой 60-г90°С или теплоты 17,88 ГДж/год.

12) Результаты расчетов стоимости солнечного модуля с концентратором показывают, что стоимость концентратора влияет на стоимость фотопреобразователей только в составе солнечной установки, в то время как КПД модуля влияет на стоимость всех составляющих. Стоимость сборки солнечных модулей без концентрации солнечного излучения составляет примерно 50 % от стоимости фотопреобразователей. Таким образом, при расчетном коэффициент геометрической концентрации 7,785 и с учетом реальных условий работы солнечных установок можно получить стоимость установленной мощности на уровне 60 руб./Вт.

13) Предложена комбинированная система энергоснабжения на основе солнечных модулей с асимметричными параболоцилиидричсскими концентраторами, имеющая в составе дублирующий водяной котел на твердом топливе и резервный бензогенератор, обеспечивающая устойчивое энергоснабжение автономного сельского дома в условиях Забайкалья. При отсутствии прихода солнечной радиации заряд аккумуляторной батареи системы способен удовлетворить потребность в электроэнергии в холодное время года в течение 8 суток и в теплое время года на срок 3 суток, и, сократить расход жидкого топлива. При коэффициенте замещения системы, равном К3 = 0,17, расход твердого топлива за отопительный период года сокращается на 1,53 т у. т. Стоимость комбинированной системы энергоснабжения равна 110,5 тыс. руб. Годовой экономический эффект и срок окупаемости системы, в сравнении с основным базовым вариантом на основе солнечных батарей и термоэлектрического генератора, составляет соответственно 6,771 тыс. руб./год и 2,859 года.

14) Произведен расчет стоимости комбинированной системы энергоснабжения при условии получения банковского кредита с учетом выплат 10 % по кредиту и приведенных затрат на весь срок эксплуатации, равный 20 годам. Стоимость системы достигнет 202 тыс. руб.

1. Стребков Д.С. Сельскохозяйственные энергетические системы и экология. Альтернативные источники энергии: Эффективность и управление. - 1990. - №1. -С. 39-40.

2. Лидоренко Н.С., Стребков Д.С. Нетрадиционная энергетика. Москва: Знание, 1986.-64 с.

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

4. Новая энергетическая политика России (под общей редакцией Ю.К. Шафраника). -Москва: «Энергоиздат», 1995. 510 с.

5. Кормановский Л.П., Краснощекова Н.В., Бородина И.Ф., Стребков Д.С. Концепция развития электрификации сельского хозяйства России. Москва: Россельхозакадемия, 2001. - 35 с.

6. Доброхотов В.И. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России// Теплоэнергетика. 2001. -№ 2. С. 2 - 3.

7. Hollander J.M., Schnaider T.R. Energy Efficiency: Issues for the Decades// Energy. -1996. Vol. 24. - # 4. - P. 273 - 287.

8. Mills D. Boom time for renewable energy in Europe// Solar progress. - 2000. - Vol.21. # 2. - P. 14.

9. Асланян Г.С., Молодцов С.Д. Основные проблемы на пути расширения использования возобновляемых источников энергии и возможности их решения// Теплоэнергетика. 1997. - № 4. - С. 58 - 86.

10. Kapur J.C. Role of Renewable Energy for the 21st century// Renewable Energy. 1999. -# 16.- 1245- 1250.

11. Chabot Bernard. Economic Analysis of Renewable Energy-Based Electrification: Except from Rural Electrification Guidebook For Asia and the Pacific. UN ESCAP, Bangkok, 1992.

12. Томас M. Развитие возобновляемой энергетики в Европейском Союзе// Возобновляемая энергия. 1998. - № 3. - С. 3 - 8.

13. One law for all renewables energies// Renewable Energy Journal. 2000. - # 10, June. -P. 10.

14. Calas P., Calas M. Incentives for photovoltaic schemes in Australia and Germany// Solar Progress. 2000. -Vol. 21, #3.- P. 10-12.

15. Пинов А.Б. Программа США «Миллион солнечных крыш»// Возобновляемая энергия. 1998. - № 4. - С. 7 - 10.

16. Murugov V.P., Martirosov S.N. Energetyka odnawialna dla odbiorcov w Rosji// Wykorzystanie energii odnawiaalnej w rolnictwie. Materialy konferencyjne, Warszawa, 1999., c. 20-27.

17. Пилюгина B.B., Гурьянова В.А. Применение солнечной и ветровой энергии в сельском хозяйстве. Москва: АО ВИЭН, 1997. - 25 с.

18. Васильев A.M., Ландсман А.П. Полупроводниковые преобразователи. -Москва: Советское радио, 1971. 246 с.

19. Доброхотов В.И., Шпильрайн Э.Э. Возобновляемые источники энергии. Проблемы и перспективы// Возобновляемая энергия. 1997. - № 1. - С. 10 - 14.

20. Леонтьев А.И., Доброхотов В.И., Новожилов И.А., Мильман О.О., Федоров В.А. Энергосберегающие и нетрадиционные технологии производства электроэнергии// Теплоэнергетика. 1999. - № 4. - С. 2 - 6.

21. Лихтер Ю.М. Применение энергосберегающих технологий в системах инженерного обеспечения городов// Энергосбережение и водоподготовка. — 1999. -№4.-С. 3-6.

22. Макаров А.А., Чимятов В.Н. Возможности энергосбережения и пути их реализации// Теплоэнергетика. 1995. - № 6. - С. 2 - 6.

23. Пермяков А.Б. Проблемы и перспективы внедрения энергосберегающих технологий// Энергосбережение и водоподготовка. 1999. - № 2. - С. 9 - 19.

24. Сибикин Ю., Сибикин М. О важнейших направлениях энергосберегающей политики// Промышленная энергетика. 1999. - № 11. - С. 2 - 7.

25. Безруких П.П. Нетрадиционная энергетика. Мифы, реальность, возможности// Энергия. 1994.-№2.-С. 18 - 21., - № 3. - С. 7 - 13., - № 4. - С. 18-21.

26. Безруких П.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии// Использование возобновляемых источников энергии в Черноморском регионе. Стратегии и проблемы образования. Материалы международной школы-семинара ЮНЕСКО. Москва: МГУИЭ, - 2002. - С. 7 - 22.

27. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение: состояние дел и перспективы развития// Энергосбережение. 2000. - № 4. - С. 28 - 30.

28. Денисова А.Е., Мазуренко А.С., Тодорцев Ю.К. Модель комплексной альтернативной системы теплоснабжения// Экотехнологии и ресурсосбережение. — 2000.-№5.-С. 8-12.

29. Карагезов Р.И. Исследование комплексных систем солнечного теплоснабжения: Дисс. канд. техн. наук. Тбилиси. 1989.- 150 с.

30. Klein S.A. and others. TRNSYS 13.1 User's Manual// Solar energy Laboratory, University of Wisconsin-Madison. 1990. Report 38- 13.

31. Mijovic S. Solar water heating analysis for Ygoslavia// Renewable Energy. 1999. -Vol. 17, #1. P. 49-59.

32. Афган H.X., Карвальо М.Г., Кумо M. Концепция устойчивого развития энергообеспечения// Теплоэнергетика. 2000. - № 3. - С. 70 - 77.

33. Mazzurracchio P., Raggi A., Barbiri В. New Method for Assessment the Global Quality of Energy Sistem//Applied Energy. 1996. - Vol. 53. - P. 315-324.

34. Кондратьев K.A., Романюк А.П. Устойчивое развитие: концептуальные аспекты// Известия РГО 1996. т. 128. Выпуск 6. - С. 3 - 12.

35. Котляков В.М. Селиверстов Ю.П., Кашбразиев Р.В. Комплексные эколого-экономические системы: проблемы изучения// Известия РАН. Серия географическая. 1999. - № 1. - С. 7 - 12.

36. Наше будущее: Доклад международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОРС)/ Перевод с англ.; под ред. С.А. Евтеева, Р.А. Перелета предисл. Г. Харлем Брунтланд. Москва: Прогресс, 1989. - 371 с.

37. Gore A. Earth in the Balance. NY. Plume, 1992. - P. 12.

38. Turner R.K., Adger W.N., Lorenzoni I. Towards integrated modeling and analysis in coastal zones: principles and practices. Nedherlands, LOICZ reports & Studies No. 11, 1998. 124 p.

39. Коптюг В.А. Повестка дня на XXI век: Мировое сообщество и проблемы цивилизации накануне XXI века// Экое информ. - 1994. - № 3 - 4. - С. 58 - 106.

40. Котляков В.М., Глазовский Н.Ф., Руденко Л.Г. Географические подходы к проблеме устойчивого развития// Известия РАН. Серия географическая. 1997. - № 6.-С. 8-15.

41. Трофимов A.M., Котляков В.М., Селиверстов Ю.П., Пудовик Е.М. Проблема устойчивости в комплексных эколого-экономических исследованиях// Известия РАН. Серия географическая. 1998. - № 3. - С. 7 - 13.

42. Тетиор А.Н. Устойчивое проектирование и строительство// Промышленное и гражданское строительство. 1999. - № 1. - С. 35 - 37.

43. Рожановская Н.В., Щитинский В.А., Сторчевус В.К. Устойчивое развитие городов- от теории к практике// Промышленное и гражданское строительство. 1999. - № 1.-С.21 -23.

44. Стребков Д.С. Проблемы развития возобновляемой энергетики// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1997. - № 6. - С.4 - 8.

45. Dones R., Frischkneht R.; Life sysle assesstment of photovoltaic systems: Results of Swiss studies on energy chains.; Environmental aspects of PV power systems, Report # 97072, Vakgrocp natuurwetenschap en samenleving universiteit Utrecht, 1997.

46. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения/ Перевод с англ. Москва: Энергоиздат, 1982. - 42 с.

47. Даффи Дж. А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. Москва: Мир, 1977. - 472 с.

48. Заколей С. Солнечная энергия и строительство/ Перевод с англ.; Под ред. Ю.Н. Малевского. Москва: Стройиздат, 1979. - 208 с.

49. Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии/ Перевод с англ.; Под ред. Б.В. Тарнижевского. Москва: Энергоиздат, 1981. - 216 с.

50. Селиванов Н.П., Мелуа А.И., Заколей С.В. и др. Энергоактивные здания/ Пер. с англ.; Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. Москва: Стройиздат, 1988. -376 с.

51. Kreider J.F., Hoogendoorn C.J., Kreith F. Solar design: components, systems, economics.- Hemisphere publishing corporation. 1989. 362 p.

52. Grubb M.J., Meyer N.I. Wind energy: resources, systems and regional strategies// Edited by Johanson T.B., Kelly H., Williams R.H. Renewable energy: sources for fuels end electricity. Washington: Earthscan Publication Ltd., 1993. P. 157-212.

53. Apostolakis M., Kiritsis S., Souter X. The energy potencial jf biomass from agricultural and forest residues (a survey for Greese). Institute of Technological Applications, Athens, 1987. 168 p.

54. Тюменцев А.Г. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Улан - Удэ: ВСГТУ, 2000.- 176 с.

55. Стребков Д.С., Кошкин H.JI. О развитии фотоэлектрической энергетики в России// Теплоэнергетика. 1996. - № 5. - С. 23 - 26.

56. Кампет Т., Тайсаева В.Т. База данных по потенциалу возобновляемых источников энергии (мероприятие 32). Проект ТАСИС «Повышение эффективности энергопотребления в Бурятии». Брюссель, 1997. - 12 с.

57. Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения в сельском хозяйстве Новосибирской области: Методические рекомендации/ ВАСХНИЛ. Сибирское отделение. Сибирский ИМЭ. Новосибирск, 1990. - 84 с.

58. Региональные энергетические программы: методические основы и опыт разработки/ Под редакцией Б.Г. Санеева. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 246 с.

59. Кошелев А.А., Шведов А.П. Потенциальные возможности вовлечения возобновляемых природных ресурсов в топливно энергетический баланс Иркутской области. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1998. - 64 с.

60. Безруких П.П., Безруких П.П. Ветроэнергетика и окружающая среда// Энергия: экономика, техника, экология. 1997. - № 8. - С. 12 -17.

61. Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарьян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. М.: Издательство МЭИ, 1996. - 220 с.

62. Заддэ В.В., Никитин Б.А. Стребков Д.С. Отопительно-варочная печь. Российский патент № 2172448, приоритет 24.03.2000.

63. Бляшко Я. И. Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации оборудования для микро и малых ГЭС// Теплоэнергетика, - 1999. - № 2. - С. 26 - 29.

64. Малик Л. К. Малая гидроэнергетика России вчера и сегодня// Энергия: экономика, техника, экология. 1993. - № 4. - С. 16 - 19.

65. Проблемы развития и использования малой и возобновляемой энергетики в России. Тезисы докладов семинара. Санкт-Петербург: ЦНИИ Электроприбор, 1997. - 42 с.

66. Каталог гидросилового оборудования для малых ГЭС и микроГЭС. Москва: Ассоциация «Гидропроект», 1993. - 122 с.

67. Малая и нетрадиционная энергетика: состояние и перспективы (каталог тематической выставки). Москва: Энергоатомиздат, 1998. - 29 с.

68. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Перевод с английского. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.

69. Инструкция по комплексному использованию геотермальных вод для теплохладоснабжения зданий и сооружений ВСН 36 77 / Гоегражданстрой. -Москва: Стройиздат, 1978.-49 с.

70. А., Фоихт Д. Гетеропереходы и переходы металлопроводников. Мир. - М.: - 1975. С. 142- 165.

71. Колтун М.М. Солнечные элементы. Москва: Наука. 1987.

72. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фотоэлектрической энергетики// Энерготехн. Пром. Серия 22. Источники тока: Обзор информации. 1988. Вып. 11.-С. 1 -52.

73. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Задиранов Ю.М. и др. Пути использования солнечной энергии// Тезисы докладов конференции ИХФ АН СССР, -Черноголовка: -1981. С. 10 - 11.

74. Колтун М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. Москва: Наука, 1985. -280 с.

75. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М. Принципы и перспективы фотоэлектрического преобразования энергии концентрированного солнечного излучения// Гелиотехника. 1993. -№ 1. - С. 3 - 12.

76. Prince M.R. Silicon solar energv converters// J. Appl. Phys, 1955, v. 26, # 4, p. 534 -540.

77. Колтун M.M., Полисан A.A., Шуров K.A. и др. Солнечные элементы и батареи/ Итоги науки и техники. Т. 9. Москва: ВИНИТИ. 1989.

78. Савченко И.Г., Смирнова А.Н., Тарнижевский Б.В. О температурном режиме фотоэлектрических генераторов с концентраторами солнечного излучения при воздушном охлаждении// Гелиотехника. 1968. - № 4. - С. 19 - 25.

79. Романкевич А.В., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Козлов А.И. Использование параболоторических фоконов в качестве концентраторов для солнечных батарей// Гелиотехника. 1989. - № 6. - С. 16 - 21.

80. Савченко И.Г., Тарнижевский Б.В. Определение оптимального уровня концентрации солнечного излучения для фотобатарей при различных способах их охлаждения// Гелиотехника. 1972. - № 4. - С. 20 - 23.

81. Васильев Л.Л., Гракович Л.П., Хрусталев Д.К. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии. Минск: Наука и техника, 1988. - 34 с.

82. Воронин Г.И. Конструирование машин и агрегатов систем кондиционирования. -Москва: Машиностроение, 1978. 51 с.

83. Lique A. Connection losses in photovoltaic arrays. «Sun II: Proc. Int. Solar Energy Soc. 1979, Vol.3.» New Jork, 1979, p.p. 1851 - 1855.

84. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983, 358 с.

85. Appelbaum J. Array parameters of nonidentical solar cells. — « 16th IEEE Photovoltaic Spec. Conf., San Diego, Calif., 27 30 Sept., 1982», New York, # 4, 1982, p.p. 1025 -1029.

86. Архипов X.K., Румянцев В.Д. Расчет вольт амперных характеристик солнечных элементов с распределенными параметрами. Физика и техн и техн. полупр. 1981, т. 15, в.4, С.667-675.

87. Галкин Г.Н. и др. Оценка потерь мощности на сопротивлении растекания солнечного элемента при концентрации излучения. Гелиотехника, 1986, №4, С.20 -24.

88. Архипов Х.К. и др. Учет влияния распределенных сопротивлений фронтального слоя и контактной сетки на форму нагрузочных характеристик солнечных элементов. Гелиотехника, 1986, №5, С.З 6.

89. Turfler Robert М. Technique for aggregating cells in series and parallel. « 14th IEEE Photovoltaic Spec. Conf., San Diego, Calif., 1980», New York, 1980, p.p. 581 - 522.

90. Singer S. Caracterization of PV array output using a small number of measured parameters. Solar Energy, 1984, Vol. 32, # 5, p.p. 603 - 607.

91. Чопра К, Дас С. Тонкопленочные солнечные элементы. М.: Мир, 1986,440 с.

92. Deb S., Maitra К. An occurate and simply technique of determination of the maximum power. Solid State Electron Devices, Vol. 132, Part 1, # 3, 1985.

93. Sheccter M., Appelbaum Y. Quality factors of solar cells arrays.- Solar cells, 1984, Vol. 9, #4, p.p 295 309.

94. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Левинскас А.Л., Майоров В.А., Сизова Н.Д., Ясайтис Д.Ю. Разработка фотоэлектрических модулей с параболоторическими концентраторами и кремниевыми фотопреобразователями// Гелиотехника. 1996. -№4. -С. 15-19.

95. R. Cable, G. Cooen, D. Rearney, Н. Price. SEGS Plant Performance 1989 1997. ASME International Solar Energy conference, Albuquerque, NM, June, 1997.

96. Баранов В.К. Методы расчета профилей фоконов и фоклинов// Гелиотехника. -1996.-№6.-С. 10-14.

97. Баранов В.К. Сочетание фоконов и фоклинов с приемниками излучения// Гелиотехника. 1977. -№ 1. - С. 7 -11.

98. Winston R.J. Opt. Soc. Am. 60,245. 1970.

99. Грихлес B.A., Орлов П.П., Попов Л.Б. Солнечная энергия и космические полеты. -Москва: Наука, 1984. - 216 с.

100. Баранов В.К. Концентрация рассеянного излучения// Гелиотехника. 1977. - № 2. -С. 30-36.

101. Баранов В.К. Концентрация фоконами и фоклинами радиации, рассеянной околосолнечными участками неба// Гелиотехника. 1977. - № 4. - С. 21 - 27.

102. Тверьянович Э.В. Экспериментальное исследование оптико-энергетических характеристик фоконов. Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических энергоустановок. Москва: Энергоатомиздат, 1985. С. 11 - 14.

103. ПОБаум. И.В., Браславская М.В., Баранов В.К. Энергетические характеристики фоконов и фоклинов/ Тезисы и доклады всесоюзной конференции «Использование солнечной энергии». Часть 2. Ашхабад: - 1997. С. 169 -171.

104. Захидов Р.А., Огнева Т.А., Клычев Ш.И. и др. Исследование энергетических характеристик параболоторических фоконов// Гелиотехника. 1984. - № 4. - С. 30 -33.

105. Antonio Luque. Solar Cells and Optics for Photovoltaic Concentration. Adam Milger, Bristol and Philadelphia, 1988, p. 7 9.

106. ПЗЛидоренко H.C., Жуков K.B., Набиуллин Ф.Х., Тверьянович Э.В. Перспективы использования линз Френеля для концентрирующих систем гелиотехнических установок// Гелиотехника. 1977. - № 4. - С. 22 - 25.

107. Hastings L.J. Proc. 1st South Eastern Conf. Applications of solar energy. 1975, p. 333.

108. Тверьянович Э.В., Жуков К.В., Красина Е.А., Фаберов A.M. Оптико-энергетические характеристики линз Френеля.// Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических установок. Ленинград: Энергоатомиздат. -1986.-С.9-11.

109. Афян В.В. Концентрирующая способность голографической линзы// Гелиотехника. 1990. -№ 1.-С. 19.

110. Браелавская М.В., Баранов В.К. Графический метод расчета конических фоконов// Гелиотехника. 1968. - № 4. - С. 26.

111. Захидов Р.А. Зеркальные системы концентрации лучистой энергии. Ташкент: ФАН, 1986.- 176 с.

112. Захидов Р.А., Умаров Г.Я., Вайнер А.А. Теория и расчет гелиотехнических концентрирующих систем. Ташкент: ФАН, 1977. 144 с.

113. Апариси P.P. Концентрация солнечной энергии в гелиотехнических сооружениях. Автореферат канд. дисс. Москва: 1955.

114. Захидов Р.А., Вайнер А.А. Параболоид-гиперболоидные концентрирующие системы и их точность// Гелиотехника. 1977. - № 1. - С. 42 - 49.

115. Апариси P.P., Тепляков Д.И. Солнечные печи// Труды научно-технической конференции по гелиотехнике. Ереван. 1959.

116. Ягудаев М.Д. и др.// Гелиотехника. 1965. - № 1. - С. 10 - 15.

117. Умаров Г.Я. Вопросы концентрации солнечной энергии// Гелиотехника. 1987. № 5.-С. 32-51.

118. Coble М.Н. Solar energy, v. 2. 1963. #2. P. 75 78.

119. Новиков B.B., Баранов В.К. Гелиотехника//

120. Бузин Е.И. О коническом концентраторе с вторичным отражателем, дающим концентрацию в точке// Гелиотехника. 1968. -№ 2. - С. 25.

121. Умаров Г.Я., Алавутдинов Дж. II. Параболоцилиндрический концентратор с вторичным отражателем поверхности четвертого порядка// Гелиотехника. 1970. -№ 3. - С. 23 - 27.

122. Tabor Н. Broniki L. Rome paper, p. 54.

123. Умаров Г.Я., Кородуб Н.В. и др. Гелиотехника. 1965. - № 4. - С. 12 - 19. - № 5. -С. 14-21.

124. Баранов В.К., Браславская М.В. Укороченные фоконы и фоклины// Гелиотехника.1977.-№3.-С. 25.

125. Mills D.R., & Giutranich I.E. Ideal prism solar concentrators. Solar Energy. Vol. 21.1978.-P. 423-430.

126. Тверьянович Э.В. Выбор конструктивных параметров призменных концентраторов солнечной энергии// Гелиотехника. № 6. - 1981. - С. 16 - 19.

127. Жуков К.В., Тверьянович Э.В. Светопотери в призменных концентраторах// Гелиотехника. № 6. - 1982. - С. 17-21.

128. Harting Е„ Mills D.R., Giutranich I.E. Non tracing photovoltaic concentrators.// Solar world forum. Proc. Int. Solar Energy Soc. Congr. Brighton, 23 28 aug. 1981, Vol. 4; Oxford e.a. 1982,2866-2870.

129. Uematsu T. Warabisako T. el all. Static mirco concentrator photovoltaic module with an acorn shape reflector// 2 nd world conference and exhibition on photovoltaic solar energy conversion. Vienna. July, 1998, p. 1570 - 1573.

130. Стребков Д.С., Задде B.B., Зайцева А.К. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор. Российский патент № 434872, приоритет 16.11.1970., опубликовано в Бюллетене изобретений № 20,1976.

131. V.V. Zadde, D.S. Strebkov, V.A. Unishkov et al. Semiconductor photoelectric generator, US Patent # 3948682 cl. 136/89, 6.04.1976.

132. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Барсенев М.А. Солнечные электричееские станции. Российский патент № 2154243, приоритет 11.01.1999., опубликовано в Бюллетене изобретений № 22,2000.

133. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Солнечный модуль с концентратором. Российский патент № 2172903, приоритет 07.04.2000, опубликовано в Бюллетене изобретений № 24,2000.

134. Стребков Д.С., Кидяшов Ю.К., Задде В.В., Безруких П.П. Метод изготовления фотоэлектрического модуля. Российский патент № 2130670, приоритет 24.03.1998, опубликовано в Бюллетене изобретений № 14,20.05.2000.

135. Иродионов А.Е. Реверсивно-балансовый метод проектирования автономных солнечных фотоэлектрических установок. Дисс. . канд. техн. наук. Москва: 2000. 131 с.

136. Табунщиков Ю.А., Бородач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. Москва: «АВОК - ПРЕСС», 2002. - 194 с.

137. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Проектирование систем теплоснабжения в сельском хозяйстве. Краснодарский край: - 2001.-268 с.

138. СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети. Москва: Минстрой России, 2000. - 44 с.

139. Авезов P.P. Методика расчета и сопоставления эффективности различных систем солнечного отопления// Гелиотехника. 1987. - № 4. - С. 45 - 49.

140. Рекомендации по проектированию систем энергообеспечения автономных объектов с использованием ветрогелиоэпергетических установок, ВНИПТИМЭСХ, Зерноград, 1995.

141. Отчет по проект)' «Электрификация сельских объектов на европейском севере России», «Интерсоларцеитр», Москва, 1996.

142. Отчет по ПИР «Разработать и обосновать методы расчета алгоритмы и программное обеспечение по расчету и проектированию систем и технических средств электроснабжения сельского хозяйства», Москва: ГНУ ВИЭСХ, 1999.

143. Стребков Д.С. Проблемы развития возобновляемой энергетики// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1997. - № 6. - С. 4 - 8.

144. Рыдаев А.И. Технико-экономическое обоснование применения автономных источников электроэнергии/ Механизация и электрификация сельского хозяйства. — Москва: 1998.-№ 12.-С. 14-17.

145. Стребков Д.С., Содномов Б.И. Солнечные системы энергоснабжения сельских домов// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 4. Москва: ГНУ ВИЭСХ. - 2003. - С. 101 -106.

146. Стребков Д.С., Тюхов И.И., Тверьянович Э.В., Содномов Б.И. Солнечные энергетические установки с концентраторами для электро- и теплоснабжения/ Механизация и электрификация сельского хозяйства. Москва: - 2003. - № 8. - С. 14 - 17.

147. Стребков Д.С., Содномов Б.И. Солнечный модуль с концентратором. Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 5 декабря 2003 г по заявке № 2003108883.

148. Содномов Б.И., Стребков Д.С. Солнечный модуль с концентратором. Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 5 декабря 2003 г по заявке № 2003111226.

149. Алексеев В.В., Рустамов Н.А., Чекарев К.В., Кавсшпиков Л.А., Перспективы развития альтернативной энергетики и ее воздействие на окружающую среду. -Москва-Кацивели: МГУ им. Ломоносова, НАН Украины, Морской гидрофизический институт. 1999. - 152 с.