Диференциален слънчево-енергиен одит

Професионалният избор на  фотоволтаични модули и панели се предхожда от детайлен диференциален слънчево енергиен одит. Неправилно е да се ползват данни от конвенционални метереологични слънчеви измервания, защото те отчитат общата енергийна характеристика на слънцето за пълната, пряката и дифузната радиация. Тук "обща характеристика" се отнася за  слънчевата енергия достигнала до терена  в целия й спектрално-енергиен обхват.  Алгебричната сума на плътността на слънчевата мощност (W/m²) на пряката и дифузната радиация е равна на общата плътност на слънчевата мощност, която попада на земята.

Неприложимостта на метеорологичните слънчеви  карти за фотоволтаични проекти е следствие на начина на измерване на слънчевата радиация за метеорологични цели. То се прави чрез оценка на температурата на вещество, което еднакво абсорбира слънчева енергия  в най-широк спектрално-енергиен диапазон. Но полупроводниците, в които протича ток под действие на светлината, реагират крайно нееднакво( или изобщо не реагират) на целия спектрален диапазон, който е с дължина на вълните от 200 до около 3000 нанометъра. Те реагират на сравнително тесни ленти в него. Основната спектрална лента, енергозначима за фотоволтаиците,  е видимата за човешкото око светлина (от 400 до 700 нанометъра.).

Частта от слънчевия радиационен обхват, който носи недостатъчна енергия, за да протече ток в полупроводника, е изцяло неполезна за електропроизводство,  защото само загрява фотоволтаика,  увеличава неговото електрическо съпротивление и намалява производителността му.  Друга непълно полезна  част от слънчевата радиация е тази, която носи повече енергия от необходимата за протичане на ток в полупроводника. Резултатът е също неполезно загряване на фотоволтаика. Но все пак , тази част от енергията има своя принос към увеличение на токопроизводството им, въпреки загряването на полупроводниците. Поради това, съществено значение за всеки диференциален слънчево енергиен одит имат данните за околната въздушна температура на място  и ветровия режим, от което зависи естественото охлаждане на панелите. Технически решения за активно и пасивно охлаждане на фотоволтаиците са представени тук.

Диференциалният слънчево енергиен одит се прави (и ние го правим) с калибрирани уреди, които отчитат  селективно  светлинната енергия за производството на ток от съответните видове фотоволтаици. Немалка част от минаващата през земната атмосфера слънчева светлина се пречупва, отразява, интереферира, поглъща от молекули на въздуха и други вещества, разпръснати в него, като дим, водни пари, облаци, прах и т.н., както и от специфичните характеристики на терена на място и разположението и габаритите на близки до него обекти. Затова селективни измервания, в рамките на диференциалния слънчево енергиен одит, се правят и за дифузната светлина. Известно е, че дифузната светлина също предизвиква протичането на ток във фотоволтаиците, но нейният спектрално-енергиен състав е различен от тази на пряката светлина, макар и извън атмосферната радиация (която се дели на пряка и дифузна, достигайки земната повърхност) да е с константни еднородни показатели. За разлика обаче от пряката, дифузната радиация не може да бъде концентрирана. Това има съществено значение при избора (или не) на допълнителни рефлектори и концентратори за фотоволтаичните системи. А пък съотношението на селективно измерваните пряка и дифузна светлина е база за избор на видовете ориентация на фотоволтаичните панели. Затова ние правим диференциалния слънчево енергиен одит с помощта на селективни измервателни уреди, както на абсолютните, така и на относителните стойности на слънчевата радиация.  Това са съвременни уреди, свързани с компютър, който обобщава данните и дава крайните резултати. Тези резултати ние анализираме и  с помощта на техническите параметри на различните видове фотоволтаици, изпитани в реални условия на работа,  избираме най-подходящите от тях. Това става чрез компютърен симулатор на  различни варианти технически решения за гарантиране на оптималното проектиране.

Поради гореобяснените причини, използването на метеорологични данни за слънчевата радиация на територията на България за избор на фотоволтаици води до диаметрално противоположни резултати, в не малко случаи.

Природосъобразен слънчев когенератор

(изобретение под патентна закрила)

Безспорно е, че слънцето дава практически неограничени възможности за използването му като напълно възобновяем енергиен източник. Когато се оценява въздействието на различни слънчеви енергийни системи винаги се пресмята какви дефицитни материални ресурси, какви изчерпаеми горива и каква енергия от невъзобновяеми енергийни източници се влагат за тяхното производство. Без съмнение, екологичният баланс между ползите и недостатъците от слънчевите енергийни системи е в тяхна полза. Смята се, че слънчевата енергетика е най-природосъбразното енергопроизводство. Далеч по-малко внимание се обръща на факта, че слънчевите енергийни системи отнемат естествената светлина на местата, където са монтирани. Когато на терен се монтират мегаватови фотоволтаични мощности са необходими десетки и стотици декари земя. В тези случаи, големи площи се лишават от слънчевата светлина. А за развитието на растителността е изключително важно да й се осигурява достатъчна дневна осветеност. При конструирането на предлаганото тук изобретение е отделено специално внимание за осигуряване на достатъчна слънчево облъчване (особено от видимия спектър на слънцето) зад, под и около слънчевия когенератор. От природосъобразна гледна точка е важно да се пропуска достатъчно светлина от видимия слънчев спектър, както през топлоприемниците, така и през фотоволтаиците, или да се осигури по друг начин осветяване на зоните зад и около фотоволтаиците с жизнено важната част от слънчевия спектър за гарантиране на фотосинтезата.

Фотоволтаиците са сравнително скъпи преобразуватели на светлината в електричество. Затова се търсят различни начини да се поевтини производството на електричество от тях. Наред с увеличаване на ефективността им и използването на нанотехнологии за това, отдавна се прилагат различни видове концентратори на слънчева светлина, която се насочва към фотоволтаиците. Прието е да се мисли, че концентраторите са по-евтини от фотоволтаиците и те често се използват в комбинация за поевтиняване на системата като цяло. Това се отнася за заднофокусните оптически концентратори (лещи) и често използваните такива френелови лещи (наричани понякога и фреснелови), както и за преднофокусните отражателни (огледални) слънчеви концентратори.

Използването на концентратори за насочване на светлината при фотоволтаичните електрогенератори е икономически обоснован подход, но с поевтиняването на самите фотоволтаици, икономическото предимството става спорно. Както различните видове лещи, така и отражателните преднофокусни концентратори стават сравнително скъпи на фона на поевтиняващите фотоволтаици, още повече, че и технологията за производството им не е, нито проста, нито евтина. От гледна точка на оптимизиране на цялостната конструкция на комбинации от концентратори и фотоволтаици, както за наземни така и за космически приложения, следва да отбележим, че лещите (заднофокусни оптически концентратори) са по-гъвкави технически решения, в сравнение с преднофокусните отражателни концентратори. Една позната техническа идея за заднофокусен отражателен концентратор е включена и в конструкцията на предлаганото тук изобретение, защото той има предимството на гъвкавите технически решения, характерни за лещите, съчетана с простотата на използване на ламелни рефлектори.

Основна цел на настоящото изобретение е да се създаде евтин, съставен от масово произвеждани елементи и несложен за сглобяване енергийно ефективен природосъобразен слънчев когенератор с отражателен концентратор със заден фокус и с линейни рефлектори, при което да се препятства прегряването на фотоволтаика от инфрачервено облъчване, а част от инфрачервения слънчев спектър да се преобразува в топлина за полезни нужди. Допълнителната цел на изобретението е да се осигури възможност за отделно насочване на допълнителните рефлектори слънчевия когенератор към слънцето.

Основната цел на изобретението е постигната чрез природосъобразен слънчев когенератор със заднофокусен отражателен слънчев концентратор, характеризиращ се с това, че в периферната зона на концентратора допълнително са монтирани плоски рефлектори, насочващи част от слънчевата светлина в засенчваната от фотоволтаичния панел зона, а концентрираното лъчение от концентратора, към фотоволтаичния панел, и пренасочените лъчи от допълнителните рефлектори към засенчваната зона от фотоволтаичния панел преминават през, една или повече, прозрачни топлоприемни камери, в които циркулира прозрачен флуид, който отдава топлината си в топлообменник. Допълнителната цел на изобретението е постигната като допълнителните рефлектори са шарнирно монтирани към надлъжни валове.

Съществено предимство на природосъобразния слънчев когенератор, съгласно изобретението, е че той е универсален и може да се монтира открито на терени, както и в закрити с прозрачни покриви и стени оранжерии, плувни басейни, зимни градини, тераси и други подобни. Когато оценяваме предимствата на природосъобразния слънчев когенератор, съгласно изобретението, следва да имаме предвид, че към чисто енерготехническите предимства следва да добавим и допълнителните екологични ползи от неговото използване, в резултат на осигуряване на пропускане на достатъчна част от естествената светлина зад, под и около генератора. Елипсовидната форма на сечението на прозрачните камери и съответно прозрачния слой флуид в тях, осигуряват приблизително еднакво дълъг път на пресичащите слоя лъчи, защото преките слънчеви лъчи пресичат най-широката част под ъгли близки до 90 ъглови градуса, а отразените лъчи пресичат по-тесните участъци от сечението, но под ъгъл по-малък от 90 ъглови градуса. Така по точно се осигурява селективното пропускане / абсорбиране на вълни с определена дължина, което гарантира и по-висока ефективност, както на електропроизводството, така и на топлинното поглъщане на съответната част от инфрачервения слънчев спектър. Заднофокусният отражателен концентратор, използван в конструкцията на слънчевия когенератор, съгласно изобретението, има предимствата на по-гъвкавите възможности за конструктивни решения на лещите и същевременно е по-евтин и от тях, включително и от отражателните преднофокусни концентратори. Неговите отделни ламели са нешироки евтини отражатели, което го прави икономически конкурентна алтернатива, защото те са по-евтини в производство, по лесни за монтаж и транспорт. Чрез броя и насочването на ламелите на заднофокусния отражателен концентратор, използвана в конструкцията на изобретението, може да се постигне желаната степен на концентрация, така че да не прегрява фотоволтаика. Насочването на ламелите на концентратора (и и евентуално плоските рефлектори) спрямо слънцето (ежедневно, помесечно и сезонно) могат да осигурят оптимална осветеност на фотоволтаика, с цел максимизиране на електропроизводството, без да се превишават температурните и токовите ограничения за всеки фотоволтаик като същевременно се осигури достатъчна осветеност в засенчената от фотоволтаичния панел зона. Предимството на шарнирно монтираните допълнителни рефлектори на слънчевия когенератор е, че светлината може да се насочва зад или върху плоскостта на фотоволнаичния панел, според необходимостта. Например, зимно време при снежна покривка, така или иначе, фотосинтезата на растенията е спряна и тогава рефлекторите могат да пренасочват светлината изцяло върху фотоволтаика.

Линеен термо-фотоволтаичен генератор
(изобретение под патентна закрила)

Принципите на действие и ефективната работа на линейния термо-фотоволтаичен генератор и на природосъобразния слънчев когенератор, разгледан по-горе, са детайлно обяснени в последната глава на тази книга.

Използването на слънчевата светлина за нагряване на топлоносители е отдавна известно. Също е известно, че фотоволтаиците генерират постоянен електрически ток директно под въздействието на слънчевата светлина, основно от видимия за човешкото око спектър на слънцето.
Пълната гама на слънчевия спектър е с дължина на вълните от 200 до около 2000 нанометъра. Част от слънчевия спектър може да се използва за нагряване на топлоносител, а друга част за електрогенерация. Слънчевите инсталации за едновременно производство на топлина и електричество се наричат когенератори.

Основна цел на изобретението е да се създаде евтин, съставен от масово произвеждани елементи и несложен за сглобяване енергийно ефективен линеен термо-фотоволтаичен генератор с насочващи слънчевата светлина линейни рефлектори, който да служи за едновременно получаване на топлинна и електрическа енергия, при което да се препятства прегряването на фотоволтаика от инфрачервено облъчване, както и частично да се пропуска естествена светлина зад рефлекторите и зад топлоприемника.Допълнителната цел на изобретението е да се осигури оптимално зенитно насочване на линейния термо-фотоволтаичен генератор към слънцето.
 

Основната цел на изобретението е постигната чрез линеен термо-фотоволтаичен генератор с рефлектори, характеризиращ се с това, че е съставен от успоредни правоъгълни ивици от фотоволтаични панели, монтирани в една равнина и разделени от паралелни въздушни междини, при което групи от два или повече фотоволтаични панели двустранно се осветяват с отразена светлина от двойки, успоредни на панелите, полупрозрачни слънчеви рефлектори, а пред огряваната страна на панелите са монтирани плоски прозрачни камери с циркулираща през тях прозрачна течност, охлаждаща се в топлообменник . Допълнителната цел на изобретението е постигната чрез монтиране на линейния термо-фотоволтаичен генератор към надлъжен вал, успореден на фотоволтаичните панели, осигуряващ му възможност за въртене, с цел з ежедневно зенитно следване движението на слънцето, с помощта на механизъм.

Повече информация по темата вижте тук

Към началото на страницата !

iСофия-1784, бул. Йерусалим, №39А2

Телефон/факс : 02 8770 481, 02 8760 431, 0897 872 857  Ел. поща  mig@bulinfo.net                  

39A/2, Jerusalem Blvd. 1784 Sofia, Copyrights by George Tonchev

Phone/fax +3592 8760 431,+3592 8770 481,+3598 9787 2857, Mail to: mig@bulinfo.net

WEB design: George Tonchev Jr.