Оптимизация с-х энергетических установок - Фотоэлектрические преобразователи

В последние годы во всем мире все большее внимание уделяется фотоэлектрическим преобразователям (ФЭП). Солнечные комбинированные фотоэлектрические станции весьма перспективны и в нашей стране.
Основным препятствием на пути коммерческого обоснованного и широкого использования ФЭП является, в первую очередь, высокая стоимость применяемых полупроводниковых материалов. Поэтому вполне обосновано стремление создать экономически эффективные, экологически безопасные технологии производства дешевых фотоэлектрических преобразователей. Необходимо подчеркнуть, что в Российской Академии наук и Российской Академии сельскохозяйственных наук проведены фундаментальные исследования в области оптики, термодинамики, теплофизики и электродинамики, поэтому перспективы создания и развития солнечной фотоэлектростанции в нашей стране весьма велики.
Кристаллический кремний занимает доминирующее место в производстве ФЭП. Основное сырье для производства кремния — оксид кремния в виде кварцевого песка. Русские кварциты являются самыми чистыми в мире. Их залежни достаточны, чтобы обеспечить сырьем солнечные фотоэлектрические станции мощностью более 1000 ГВ.
Содержание кремния в земной коре составляет 8ф101и т. Цена кремния степени очистки 99,99 % равна стоимости урана, используемого в реакторах атомных электростанций, хотя содержание кремния в земной коре в 104 превышает содержание урана. Их одинаковая стоимость объясняется тем, что на развитие технологии производства уранового топлива были инвестированы миллиарды долларов.
Следует отметить следующие пути повышения производства фотоэлектрических станций в нашей стране [38].
Это, прежде всего, комплексные инвестиционные проекты, рассчитанные на несколько лет, с объемами инвестирования 500 млн. долл. США на 1000 т солнечного и электронного кремния в год [40].
Другим важным мероприятием является использование фотоэлектрических установок с концентраторами солнечного излучения. Модули нового типа с концентраторами в виде призмы или световода имеет ряд преимуществ: компактная конструкция (350x50 мм); надежная защита солнечного элемента; нет необходимости применять специальную систему охлаждения солнечного элемента, так как они охлаждаются жидкостью, заполняющей корпус концентратора, и одновременно являются подводящей средой световода.
Перспективной является разработанная в ВИЭСХ технология, использующая принципы неизображающей оптики. Это позволяет создать стационарные концентраторы для двухсторонних фотоэлектрических преобразователей. Такие ФЭП существенно экономичнее по сравнению с солнечными модулями (СМ) традиционной плоской конструкции.
Разработанные в ВИЭСХ системы эффективно используют рассеянный свет, не требуют дорогостоящих систем слежения за солнцем, отличаются низкой стоимостью обслуживания. Кроме того, в ВИЭСХ разработана новая эффективная система герметизации СМ, не требующая использование органических материалов. Суть ее в том, что свободное пространство внутри стеклопакета заполнено специальной жидкостью, подобранной по оптимальному сочетанию оптических и тепловых параметров.
Электростанция, использующая ФЭП, конструктивно собирается из герметизированных под стеклом стационарных концепт - раторных солнечных модулей размером 1x2 м, установленных на общей раме с наклоном на юг под углом 30...50°. Годовая выработка теплоты одним модулем составляет 200 κΒτ·4 при КПД оптической системы 60 % и производственной теплоты в виде горячей воды или теплового воздуха-эквивалента 100 кг т у.т. в год.
Реализация Национального проекта, направленного на обеспечение солнечных технологий, конкурентоспособных с традиционными энергетическими технологиями [37], будет содействовать развитию солнечной энергетики в стране, что сыграет существенную роль, в частности, в энергоснабжении сельских потребителей.