Nesterenkov

СОЛНЕЧНАЯ PV/T ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Нестеренков А.Г., Абдуллаев К.А.
АО «КазНИИ Энергетики им. академика Ш.Ч.Чокина»
Республика Казахстан
Показате
ль
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Е, МВт/м2
6,34
9,24
12,01
16,54
20,52
22,66
23,62
20,79
16,96
11,2
6,67
5,13
Ер,
МВт/м2
3,64
5,21
6,21
6,95
8,1
7,78
6,68
6,34
5,28
4,18
3,34
2,7
Т в, 0 С
-11,5
-8,9
0,8
10,3
16
20,3
22,9
21,7
15,6
8
-1,2
-8,2
Прямая и рассеянная солнечная инсоляция по месяцам и температура воздуха в г. Алматы.
Средняя за год пиковая мощность равна ≈ 1300 Вт/м2 , а доля солнечных установок в
Казахстане, производящих электроэнергию ≈ 0,1%. Основные потребители электроэнергии,
%: промышленность - 68, домашние хозяйства - 8, сектор услуг-7,транспорт – 5, сельское
хозяйство – 12. Низкое потребление электроэнергии связано с удалением объектов от
электросетей.
Сравнение
стоимостных
затрат
сельского
жителя
на
дизельную и солнечную
электростанции при установленной мощности 6
кВт и расходе электроэнергии 300кВт∙час/месяц
Оптическая схема солнечной электростанции с одним фотомодулем
Инженерный метод расчета нагрева фотоэлементов и теплоносителя в фотомодулях
солнечных PV/T электростанций
β∙Е∙Sф = С0∙[ε∙(Т/100)4 – ε0∙(Т0/100)4∙S0/S]∙S +α∙(Т - ТВ)∙S + 0,15∙(β∙Е)∙Sф + G∙Cp∙(T2 – T1)
где β – поглощательная способность поверхности фотоэлементов; Е – плотность падающего потока
солнечного излучения, Вт/м2; Sф, S, S0 - суммарная поверхность фотоэлементов, поверхность приемника и
окружающих тел, м2; С0 = 5,67 Вт/м2∙К4 ; ε и ε0 – излучательная способность поверхности приемника и
окружающих тел; Т, Т0 и ТВ – температура поверхности фотоэлементов, окружающих его тел и воздуха, К;
α – коэффициент теплоотдачи на поверхности охлаждающего канала, (для малых скоростей воздуха α ≈
11-15 Вт/м2 ∙К); Т2 иТ1 – температура теплоносителя на выходе и входе канала охлаждения приемника, К;
G – расход теплоносителя в канале охлаждения, кг/с; Cp –теплоемкость теплоносителя, Дж/кг∙К.
Лабораторный стенд для испытаний фотомодулей с охлаждаемыми
фотоэлементами 0,125х0,125 м, 12 шт. в канале. Мощность нагревателя 0,1-3кВт
Двухконтурная и одноконтурная схема теплообменников
Результат расчета охлаждения поверхности фотоэлементов и нагрева теплоносителя в
первом циркуляционном контуре
Sф для 24 фотоэлементов ≈ 0,374 м2, Е ≈ 1000 Вт/м2, КПД фотоэлементов 0,15,
коэффициент отражения зеркал ≈ 0,9, поглощательная способность фотоэлементов ≈ 0,9
Т, К
Т 0, К
ЕИ, Вт
ЕК, Вт
ЕТ, Вт
G, л/мин
313
293
2
78
2038
1,92
333
293
28
182
1908
0,78
373
293
109
441
1568
0,3
413
293
253
597
1268
0,156
При допустимой температуре поверхности фотоэлементов ≈ 330 К один фотомодуль из 24
фотоэлементов выдает
электрическую мощность Еэ ≈ 0,4 кВт, тепловую пиковую мощность ЕТ ≈
2 кВт с температурой горячей воды на выходе ≈ 315 К и расходом ≈ 1 л/мин.
Солнечная PV/Nэлектростанция с несколькими фотомодулями
для получения электричества и горячей воды
Инновационный патент РК от 30.12.2010
Снимаемая с фотоэлементов тепловая мощность ≈ 6 кВт. Расход теплоносителя через три канала
фотомодулей ≈ 3 л/мин. Расход горячей воды через теплообменник при температуре 600С ≈ 350л/сутки.
Пиковая электрическая мощность солнечной электростанции ≈ 1, 6 кВт. Стоимость электростанции в три раза
дешевле аналогичных той же мощности.
Уравнение баланса энергии при передаче
тепла в теплообменнике
СР ∙ G1∙( 373 – ТК) + СР ∙ G2∙( 315 – ТК) = СР ∙ GТ∙( ТК – ТН)
где ТН и ТК – начальная и конечная температура, до которой
нагревается техническая вода в теплообменнике, К; G1, G2, GТ –
соответственно
расход
теплоносителя
через
охлаждаемые
фотоэлементы, коллектора и теплообменник.
ТК ,К
ТН, К
GТ, л/мин
(ЕТ + ЕП ) ,Вт
313
293
14,3
2038 + 4298 = 6336
333
293
3,5
1908 + 4133 = 6041
343
293
1,9
353
293
0,9
1568 +3710 = 5278
Для географической широты г. Алматы при среднегодовой пиковой инсоляции 1300 Вт /м2
потребитель получает электрическую энергию W = 4,55 кВт∙час и дополнительно, горячую воду
с температурой 600С и расходом 355 литров.
PV WIND HYBRID SYSTEM
Load
Converter &
Inverter
Controller
Hybrid system
30kW Wind
(10kW * 3)
Battery Bank
Power Control System
Monitoring
Office
80kW Photovoltaic
(10kW No
Battery)
Diesel
Grid(Option)
Pump