Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями

Номер контракта: 14.607.21.0076

Руководитель: Крюков Юрий Алексеевич

Должность: Проректор по информатизации и инновационной деятельности Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московской области «Международный университет природы

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
фотоэлектрический преобразователь, эффективность, фотоэлектрическая станция, мррт-контроллер, инвертор

Цель проекта:
Задачей проекта является разработка фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии на основе кристаллического кремния (Si-ФЭП) с повышенной конкурентоспособностью на рынке электроэнергетики за счет улучшенных технико-экономических характеристик. Цели проекта: - разработка усовершенствованной конструкции и научных основ технологии создания Si-ФЭП с улучшенными технико-экономическими характеристиками; - исследование методов отбора мощности и структуры потерь при отборе и преобразовании электроэнергии, получаемой от Si-ФЭП; - разработка инновационной системы отбора мощности и преобразования электроэнергии, получаемой от Si-ФЭП в электроэнергию промышленной частоты.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта получены следующие результаты:
- Проведенное исследование влияния рабочей температуры на эффективность кремниевых ФЭП показало, что с ростом рабочей температуры относительное снижение коэффициента полезного действия составляет 0,7 %/C. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что наибольшая эффективность ФЭМ может быть достигнута только при их активном охлаждении.
- Предложено инновационное решение экспериментального образца охлаждаемого фотоэлектрического модуля.
- Разработана эскизная конструкторская документация на ФЭМ с термосифонной системой жидкостного охлаждения.
- Разработана эскизная конструкторская документация и изготавливается стенд для проведения исследовательских испытаний экспериментального образца фотоэлектрического модуля на основе кристаллических кремниевых ФЭП, в котором используется импульсный источник излучения, а для определения выходных параметров с помощью нагрузочной световой вольт-амперной характеристики используется разработанный транзисторный магазин сопротивления.
- Выполнены расчеты и проведена разработка предложений и рекомендаций по схемотехническим и конструктивным решениям
для создания экспериментальной фотоэлектрической станции. Для повышения выработки электроэнергии на 30% при той же
отчуждаемой площади в конструкции ФЭС предложено использовать трекер с полярной, двухопорной монтировкой.
- Предложен вариант конструктивного решения фотоэлектрической станции, заключающийся в оборудовании ФЭМ системой
слабой концентрации солнечного излучения, которая позволит уменьшить количество используемых фотоэлектрических модулей
для генерации требуемой мощности и приведет к снижению стоимости вырабатываемой электроэнергии.
- Разработана эскизная конструкторская документация для системы отбора мощности фотоэлектрической станции (ФЭС).
- Проведенные расчеты показали целесообразность оснащения ФЭМ DC-DC преобразователем, обеспечивающим повышение
выходного напряжения до 600—700 В. Такое решение позволяет существенно снизить потери энергии в системе отбора мощности.
Выполнены расчеты рабочих параметров DC-DC преобразователя и разработаны предложения и рекомендации по
схемотехническим и конструктивным решениям для создания DC-DC преобразователя.
- Разработано программное обеспечение расчета эффективности системы отбора мощности разрабатываемой ФЭС.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом выполнения проекта являются фотоэлектрические модули с эффективностью 18% при себестоимости, сниженной до 20 руб./Вт (пик), которые будут использоваться в составе автономных фотоэлектрических станций. В рамках проекта выполнены исследования путей достижения наибольшей эффективности фотоэлектрических модулей, разработано инновационное решение экспериментального образца охлаждаемого фотоэлектрического модуля, разработана эскизная конструкторская документация на данный модуль. Также будет изготовлен экспериментальный образец фотоэлектрического модуля и проведены его исследовательские испытания.

2. Научная новизна предлагаемого технического решения состоит в разработке комплексного подхода к увеличению КПД свыше 18% для фотоэлектрических модулей на основе выпускаемых промышленных образом Si-ФЭП китайского производства за счет использования концентрированного излучения и снижения рабочей температуры. Для этого в состав фотоэлектрического модуля включен термосифонный теплообменный блок, ограничивающий возрастающую с ростом интенсивности солнечного излучения рабочую температуру.

3. Разрабатываемое конструктивно-технологическое решение по увеличению эффективности Si-ФЭП по совокупности технико-экономических показателей превосходит лучшие освоенные отечественные разработки и обеспечивает эффективность на уровне лучших зарубежных образцов.

4. Снижение себестоимости разрабатываемых Si-ФЭП до заданного уровня обеспечено выбором экономичных исходных приборных структур, применением материало- и энергосберегающих химических технологий получения люминесцентных покрытий, вакуумных технологий формирования плазмонных покрытий и энергосберегающей обработки в стационарном магнитном поле. Для достоверности результатов анализа тепловых процессов в Si-ФЭП экспериментальные исследования световых ВАХ были дополнены теоретическим моделированием.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Созданные в рамках данного проекта Si-ФЭП фотоэлектрические модули с эффективностью 18% со снижением себестоимости до 20 руб./Вт (пик) будут использоваться в составе автономных фотоэлектрических станций с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями.

2. Общий прогнозируемый объем рынка в России, странах Африки, Азии и Ближнего Востока – 11 МВт в год на протяжении 5 лет. При прогнозируемой цене 1 Вт установленной мощности на уровне 1$, уровне прибыли 30% и налогах на прибыль на уровне 20% ежегодно в виде налогов от продаж в государственный бюджет будет поступать 600 000 $.

3. Планируется, что внедрение результатов проекта окажет следующее влияние:
- уменьшение негативного техногенного воздействия на окружающую среду при производстве электрической энергии;
- увеличение качества жизни людей в местах, удаленных от централизованного электроснабжения;
- обеспечение резервного электроснабжения и электроснабжения при чрезвычайных ситуациях;
- увеличение экспорта наукоемкой продукции, создание новых рабочих мест и увеличение налоговых поступлений в государственный бюджет.

4. Реализация проекта позволит по совокупности технических и экономических показателей достичь конкурентоспособности фотоэлектрических станций на основе разрабатываемых модулей на мировом рынке, начать широкомасштабное промышленное производство не только для внутреннего рынка, но и для экспорта в страны Африки, Азии и Ближнего Востока. Производство фотоэлектрических модулей на основе выпускаемых промышленных образом Si-ФЭП китайского производства будет способствовать укреплению экономических и технических связей с Китайской народной республикой.

Текущие результаты проекта:
- Проведено исследование влияния рабочей температуры на эффективность кремниевых ФЭП.
- Предложено инновационное решение экспериментального образца охлаждаемого фотоэлектрического модуля.
- Разработана эскизная конструкторская документация на ФЭМ с термосифонной системой жидкостного охлаждения.
- Разработана эскизная конструкторская документация на стенд для проведения исследовательских испытаний экспериментального образца фотоэлектрического модуля на основе кристаллических кремниевых ФЭП.
- Выполнены расчеты и проведена разработка предложений и рекомендаций по схемотехническим и конструктивным решениям
для создания экспериментальной фотоэлектрической станции. Предложен вариант конструктивного решения фотоэлектрической станции, заключающийся в оборудовании ФЭМ системой слабой концентрации солнечного излучения.
- Разработана эскизная конструкторская документация для системы отбора мощности фотоэлектрической станции (ФЭС).
- Выполнены расчеты рабочих параметров DC-DC преобразователя и разработаны предложения и рекомендации по
схемотехническим и конструктивным решениям для создания DC-DC преобразователя.
- Разработано программное обеспечение расчета эффективности системы отбора мощности разрабатываемой ФЭС.

Завершаются работы по изготовлению стенда для проведения исследовательских испытаний экспериментального образца фотоэлектрического модуля на основе кристаллических кремниевых ФЭП.