Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren. Schema, Beschreibung

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Photovoltaikanlagen. Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Autonomes Solarkraftwerk (Code GEM-1,5), dargestellt in Abb. 2.7 ist für die Stromversorgung einzelner Verbraucher vorgesehen.

Photovoltaikanlagen. Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren
Abb.2.7. Solarkraftwerk GEM-1,5

Die Vorteile der Anlage liegen im Einsatz von Photovoltaikmodulen in Kombination mit Flachspiegelkonzentratoren, die die Effizienz der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie um das 1,5- bis 2-fache steigern, sowie in einem Trackingsystem, das ab Sonnenaufgang eine automatische Nachführung der Sonne ermöglicht bis zum Sonnenuntergang, wodurch die „Sammlung“ der einfallenden Sonnenenergie erhöht wird.

Das Solarkraftwerk GEM-1,5 hat folgende technische Parameter:

elektrische Spitzenleistung der Anlage - 1,5 kW;
Bereich, der die Sonneneinstrahlungsfläche empfängt - 25 m2;
die Anzahl der Photovoltaikmodule, die zur Erzeugung elektrischer Gleichstromenergie mit einer Spitzenleistung von 40 W bei einer Sonneneinstrahlung von 1 kW/m2 ausgelegt sind – 25 Stk.;
Konzentrationsfaktor -1,5-2;
Verfolgen der Position der Sonne - automatisch mit einer Genauigkeit von nicht schlechter als -2 °;
Die Erzeugung elektrischer Energie während des Tages durch die GEM-1,5-Anlage ist dreimal höher im Vergleich zu einer ähnlichen Anlage, die fest installierte Photovoltaikmodule enthält, beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes, das in der Anlage verwendet wird.

Autonome Photovoltaikanlage (Code SFEU-1), dargestellt in Abb. 2.8, sorgt für die kombinierte Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie und ist für den Einsatz als Modul eines Solarkraftwerks in Blockmodulbauweise vorgesehen.

Photovoltaikanlagen. Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren
Abb.2.8. Photovoltaikanlage SFEU-1

Die Installationsausrüstung ist auf einem einachsigen Drehträger mit automatischer Nachführung der Sonnenbewegung montiert, an dessen beiden Armen sich zwei Systeme zur Konzentration der Sonnenstrahlung befinden. Einer von ihnen (der rechte Teil in der Abbildung) besteht aus einer Reihe flacher Spiegel, deren Fläche und Form der Oberfläche eines photothermischen Empfängers entspricht – eines Konverters, der aus einer Reihe von Spiegeln besteht monokristalline Siliziumelemente, die in Reihe geschaltet sind und eine entlang der Achse des Konzentrators verlängerte Photobatterie bilden. Der Konzentrator sorgt durch die Einstellung seiner Spiegelbestandteile für eine gleichmäßige Beleuchtung aller Elemente des photothermischen Empfängers und erhöht seine Beleuchtung um das 13-fache.

Die während des Betriebs vom Ausgang des Strahlers des photothermischen Empfängers in Form von erhitztem Wasser freigesetzte Wärme wird einem Wasserheizelement in Form eines Rohrs zugeführt, das im Fokus des Konzentrators am anderen Arm des Schwenkwerks installiert ist Lager.

Die Solaranlage SFEU-1 hat folgende technische Parameter:

elektrische Spitzenleistung - 0,8 kW und thermische Leistung - 10 kW bei Sonneneinstrahlung 1000 W/m;
die Fläche des Solarstrahlungskonzentrationssystems des Photovoltaikteils beträgt 24 m2 und 32 m2 des Warmwasserbereitungsteils;
maximaler Konzentrationskoeffizient des fotoelektrischen Teils: 12 mit einer Beleuchtungsungleichmäßigkeit in der Ebene des Fotodetektors von nicht mehr als 10 % und 30 für den Wassererwärmungsteil;
Der gekühlte photothermische Röhrenempfänger sorgt für eine Umwandlungsrate der Sonnenenergie in elektrische Energie von nicht weniger als 10 % und in thermische Energie von nicht weniger als 70 %.

Das automatisierte Solar-Tracking-System wird von Photovoltaikmodulen des Typs MS-40 gespeist, was einen autonomen Betrieb der Anlage (ohne menschliches Eingreifen) gewährleistet.

Autonome Solar-Ultraviolett-Installation (Code UV-05), dargestellt in Abb. 2.9, dient der beschleunigten Prüfung von Materialien, Farben und Beschichtungen; zur Zerstörung chemischer Schadstoffe, insbesondere zur Desinfektion von Trinkwasser. Die Installationsnabe, bestehend aus 150 flachen Sechskantfacetten mit einem umschriebenen Kreismaß von 420 mm, ist auf einem Drehkranz montiert. Das Paraboloidfachwerk der Anlage hat einen Durchmesser von etwa 5 m und einen Krümmungsradius an der Spitze von 6 m.

Photovoltaikanlagen. Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren
Abb.2.9. Autonome UV-Solarinstallation UV-05

Um den für die Bestrahlung der Probe notwendigen UV-Anteil des Sonnenspektrums zu konzentrieren, bestehen die Flachfacetten aus Glas mit einer mehrschichtigen Interferenzbeschichtung, die Sonnenstrahlung in einem bestimmten UV-Wellenlängenbereich reflektiert und Strahlung aus dem restlichen Sonnenspektrum durchlässt. Der Receiver-Reaktor der Anlage ist ein massiver Metallrahmen mit rechteckigem Querschnitt, an dessen zwei gegenüberliegenden Seiten Rohrplatten zur Aufnahme von 16 in zwei Reihen angeordneten Quarzglasrohren angebracht sind, durch die die durch UV-Strahlung bearbeitete Flüssigkeit geleitet wird. Es ist zu beachten, dass die Anlage völlig autonom ist und keine externe Stromquelle benötigt – vier auf dem Konzentrator platzierte Photovoltaikmodule mit einer Spitzenleistung von jeweils 40 W gewährleisten vollständig den Betrieb des automatisierten Systems zur Nachführung der Sonne von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang mit einer Genauigkeit von nicht schlechter als 2°.

Die Produktivität der Wasseraufbereitungsanlage beträgt bis zu 1,5 m3/Stunde. Die Effizienz der Wasserreinigung von schädlichen biologischen Bestandteilen in einem Durchgang bei einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m beträgt 70 %.

Bekanntermaßen kann die kombinierte Einwirkung von Atmosphäre und Sonneneinstrahlung über einen längeren Zeitraum zu irreversiblen Veränderungen (Zerfall oder natürliche Alterung) einer Vielzahl von Materialien und Produkten führen, beispielsweise zu Veränderungen der Farbe von Gebäuden und Endbearbeitungen Materialien, Farbbeschichtungen und Textilfarben, bekannt als „Ausbleichen“. Daher ist die Verwendung von UV-05. Als Einrichtung zur beschleunigten Prüfung verschiedener Materialien auf die Einwirkung von ultravioletter Strahlung kann sie die Zeit, die für die Prüfung von Materialien auf Alterung erforderlich ist, von mehreren Jahren auf mehrere Wochen verkürzen.

Solarkraftwerk (Code - GEU-5) Das in Abb. 2.10 dargestellte Verfahren dient dazu, die Technologie zur Erzielung hochkonzentrierter Sonnenstrahlung an einem Ort zu testen, der dem Durchmesser der Hohlraumempfänger echter Wärmekraftmaschinen, beispielsweise Stirling-Elektroaggregate oder Gasgeneratorturbinen, entspricht.

Photovoltaikanlagen. Autonome Solarkraftwerke mit Solarstrahlungskonzentratoren
Abb.2.10. Solarkraftwerk GEU-5

Der Konzentrator einer Solarenergieanlage, ein zusammengesetzter Spiegel mit einem Durchmesser von etwa 5 Metern, besteht aus 180 elementaren Aluminiumspiegeln (Facetten) mit sechseckiger Form und einem umschriebenen Kreisdurchmesser von 420 mm. Die Facette ist ein sphärischer Spiegel mit einem eigenen Krümmungsradius, der durch seine Position auf dem Konzentrator bestimmt wird. Insgesamt verwendet der Konzentrator 7 Arten von Facetten, die jeweils auf konzentrischen Kreisen mit gleichem Abstand von seinem Mittelpunkt angeordnet sind.

Das Solarkraftwerk GEM-5 hat folgende technische Parameter:

Durchmesser des zusammengesetzten Facettenkonzentrators -5 m;
Abschrägungen aus Aluminium mit kugelförmiger Oberflächenform in einer Menge von 180 Stück, entlang der Mantellinie eines Paraboloids in 7 Reihen verlegt;
die Form und Größe der Fasen ist sechseckig, der Durchmesser des umschriebenen Kreises beträgt 420 mm;
Facetten reflektierende Oberflächenverarbeitungstechnologie - Diamantdrehen;
Reflexionskoeffizient im Bereich des Sonnenspektrums beträgt nicht weniger als 85%;
der berechnete Konzentrationskoeffizient beträgt 3100, was eine fokussierte Strahlgröße von 90 mm ergibt;
der berechnete Wert der thermischen Energie im Fokus des Konzentrators beträgt 12,3 kW bei einer Sonneneinstrahlung von 1000 W/m;
die im Hohlraumempfänger erreichte Temperatur beträgt 550°C.

Autor: Magomedov A.M.

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