14.607.21.0076

1) Разработка усовершенствованной конструкции и научных основ технологии создания Si-ФЭП с улучшенными технико-экономическими характеристиками
2) Исследование методов отбора мощности и структуры потерь при отборе и преобразовании электроэнергии, получаемой от Si-ФЭП
3) Разработка инновационной системы отбора мощности и преобразования электроэнергии, получаемой от Si-ФЭП в электроэнергию промышленной частоты.

Основной проблемой широкомасштабного использования фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии на основе кристаллического кремния (Si-ФЭП) является обеспечение конкурентоспособности электрической энергии, вырабатываемой фотоэлектрической станцией. Снижение себестоимости вырабатываемой электроэнергии достигается повышением КПД фотоэлектрических преобразователей и оптимизацией технико-экономических характеристик системы отбора мощности и преобразования электроэнергии, получаемой от фотоэлементов. Исходя из этого, тематика данного проекта является актуальной.

В рамках данного проекта предложены и успешно опробованы новые решения по повышению эффективности фотоэлектрических модулей. Впервые в конструкции ФЭМ для увеличения вырабатываемой электрической мощности одновременно использована система концентрации солнечного излучения, система естественного охлаждения и стационарное магнитное поле. Новизна схемотехнического решения СОМ обусловлена использованием DC-DC преобразователя. Новизна разработанной конструкция измерительного стенда для испытания фотоэлектрической станции достигается за счет объединения измерительных приборов в единый компьютеризированный комплекс.
По результатам исследований, выполненных в рамках проекта, поданы заявки на полезную модель «Охлаждаемый фотоэнергетический модуль» (регистрационный номер РИД 2015133889 от 12.08.2015) и «Система отбора мощности фотоэлектрической станции на основе повышающих преобразователей» (регистрационный номер РИД 2016123599 от 14.06.2016)

В проекте показана целесообразность увеличения КПД Si-ФЭП путем нанесения на их фронтальную поверхность люминесцентных и плазмонных покрытий для увеличения плотности тока короткого замыкания и последующей обработки полученных приборных структур в магнитном поле для увеличения времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ). Разработаны и апробированы химические методы нанесения люминесцентных покрытий на основе сульфида свинца и плазмонных покрытий на основе наноструктур серебра. 

Показана перспективность использования в качестве исходных приборных структур промышленных образцов Si-ФЭП китайского производства с КПД более 18%. Проведен расчет рабочих параметров ФЭП с КПД свыше 20%. Разработаны экспериментальные образцы ФЭМ, которые при мощности солнечного излучения 1700 Вт/м² имеют КПД не менее 18 %, при этом обеспечивается увеличение максимальной вырабатываемой мощности до 450 Вт. Показано, что реализованная по схеме с применением DC-DC система отбора мощности в широком диапазоне освещенности ФЭМ имеет КПД в пределах 92,44 - 92,68 %. 

Выполнены расчеты рабочих параметров, разработаны предложения по схемотехническим и конструктивным решениям DC-DC преобразователя и экспериментальной фотоэлектрической станции. В ходе исследовательских испытаний  показано, что использование в качестве DC-DC преобразователя трёхкаскадного понижающе-повышающего преобразователя с резонансной гальванической развязкой обеспечит наивысший КПД. 

Изготовлены экспериментальные образцы фотоэлектрического модуля (ФЭМ) на основе кристаллических кремниевых ФЭП и проведены их исследовательские испытания. Выполнены расчеты рабочих параметров, сконструированы и изготовлены DC-DC преобразователи.  

Выполнены расчеты рабочих параметров, сконструирована, изготовлена и апробирована  система отбора мощности и преобразования электроэнергии, получаемой от ФЭП,  которая обеспечивает преобразование электроэнергии, получаемой от ФЭП в электроэнергию промышленной частоты с  КПД не менее 92%.

Выполнены расчеты рабочих параметров, сконструирована и изготовлена фотоэлектрическая станция в состав которой для увеличения эффективности входят  фотоэнергетические модули (ФЭМ) на основе Si-ФЭП, снабженные термосифонной системой охлаждения и концентратором солнечного излучения. Особенностью схемотехнического решения построения фотоэлектрической станции является выполнение подключения посредством индивидуального подключения выходов DC-DC преобразователей, установленных на каждом ФЭМ. По результатам исследовательских испытаний фотоэлектрической станции подтверждена надежная и эффективная работа инновационных компонентов станции, таких как система охлаждения модулей, концентраторы солнечного излучения и высоковольтная система отбора мощности.

Конструктивно-технологическое решение ФЭП,  ФЭМ и фотоэлектрической станции по совокупности технико-экономических показателей находиться на уровне лучших мировых аналогов. Разработанная система отбора мощности по КПД превосходит существующие мировые аналоги.

Разработана технология изготовления фотоэлектрических модулей с эффективностью 18% при снижении себестоимости до 20 руб./Вт (пик), для комплектации автономных фотоэлектрических станций, что обеспечит производство фотоэлектрических станций с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями.
Разработана фотоэлектрическая станция, конкурентоспособность которой обеспечивается за счет существенного снижения потерь мощности в процессе эксплуатации и снижением себестоимости вырабатываемой электрической энергии.

Эффекты от внедрения результатов проекта:
- уменьшение негативного техногенного воздействия на окружающую среду при производстве электрической энергии;
- повышение качества жизни людей в местах, удаленных от централизованного электроснабжения;
- резервное электроснабжение и теплоснабжение при чрезвычайных ситуациях;
- увеличение экспорта наукоемкой продукции, создание новых рабочих мест и увеличение налоговых поступлений в государственный бюджет.