Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0076

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0076
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна"
Название доклада
Разработка фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния с конкурентными на мировом рынке энергетическими и экономическими показателями
Докладчик
Крюков Юрий Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Актуальность и новизна исследования
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)
Описание исследования

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. 

Результаты исследования

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.

Практическая значимость исследования
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.
Постер

Poster_ФЭП.ppt