WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский ...»

-- [ Страница 4 ] --

КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ

Конкретные задачи предопределяют выбор типа концентрато ра, степень концентрации излучения, конструкцию концентрирую щего устройства, тип приёмника излучения и т.д. Стационарные концентраторы, не требующие слежения за положением Солнца на небосводе, могут быть использованы как для тепловых коллекторов, так и для фотоэлектрических модулей. Такие концентраторы имеют особенности работы, которые заключаются в том, что не всё излуче ние, пришедшее на мидель концентратора, достигает приёмника из лучения [1]. Эти особенности определяются профилем отражающей поверхности и для разных типов стационарных концентраторов раз личны. В данной статье рассмотрены цилиндрические U, образные и типа фоклин концентраторы В настоящей статье выве дены аналитические выражения, комплексно учитывающие работу концентраторов в зависимости от изменения широты местности, угла наклона миделя к горизонту, оптимизацию параметрического угла профиля концентратора по времени работы в году.

Рассмотрим U-образный параболоцилиндрический концен тратор (рис. 1), формула параболы исходного профиля которого со ответствует выражению: x2 = 4d (y + d), где f = d - фокусное расстоя ние.

При построении U-образного концентратора исходные ветви параболы поворачиваются вокруг точки фокуса F на параметриче ский угол, можно записать выражение:

Уравнение крайнего луча при параметрическом угле, прохо дящего через край приёмника излучения d и край параболы при зна чении х = D/2, y= Н, можно записать: х = y tg.

Решая систему уравнений ( 1 ) – ( 2 ) и учитывая, что концен трация излучения равна К = D/d, находим концентрацию для U образного концентратора:

Рис. 1. Схема формирования U-образного концентратора В сравнении с фоклином [2], у которого К=1/sin концентра ция в два раза выше при одинаковом параметрическом угле.

Для «усечённого» U-образного концентратора с высотой профиля h и шириной миделя D* (рис. 1), концентрация К* соответ ствует выражению:

принимая во внимание, что К* = D*/ d.

При построении -образного концентратора (рис. 2) исход ный радиус R, образованный пересечением прямой, проходящей че рез центр малой окружности радиусом r равный d/2,где d ширина приемника солнечного излучения и ординатой y (HR) под углом 1 и абсциссой хо в точке сопряжения малой и большой окружностей, выражается формулой:

где хо = х + d/2, х = d/2 s.

Для большой окружности справедливо соотношение:

Малая окружность соответствует выражению:

где r = d/2;

yо = d/2 cos 1.

Рис. 2. Параметры -образного концентратора Ограничением концентратора является радиус R, пересе кающий окружность под углом 2 к горизонтали, описываемый со отношением:

Решая систему уравнений ( 1 ) – ( 4 ), определим значение концентрации К = D/d:

Основные геометрические параметры концентратора:

Высота расположения приёмника h определяется в соответст вии с прямой, проходящей через центр приёмника и точку хо:

и соответствует выражению:

Для анализа параметрический угол принимаем Максимальная выработка энергии концентратором будет при 1 или 2, поэтому для -образного концентратора целесообразно равенство 1 = 2. Таким образом, параметрический угол концентра тора, обеспечивающий его работу, равен = 1 = 2 [3].

В случае, когда высота приёмника h соответствует высоте концентратора Н, т.е. h Н, то время работы приёмника к соответ ствует времени прихода радиации на мидель м.

Если h Н, то время работы приёмника концентратора огра ничивается углом (рис.1), который можно определить из выраже ния:

а самостоятельная работа приёмника пропорциональна разности На рис. 3 представлен фоклин в координатных осях x, y, вы сотой Н, шириной миделя D и основанием (шириной приёмника) d, учитывая что D/d =К является концентрацией образованного двумя ветвями развернутой параболы концентратора.

Исходя из формулы для параболы:

При повороте системы координат на параметрический угол вокруг т.О координатных осей XOY в новой системе координат xОy формула исходной параболы имеет вид :

Концентрация К*, усечённого фоклина высотой h, шириной миделя D и основанием (шириной приемника) d определяется фор мулой:

Расчеты концентрации фоклина K*=D*/d, ограниченного прямой а также U-образного и -образного концентраторов в зависимости от параметрического угла приведены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимости концентрации К* от параметрического угла и высоты h усеченного фоклина, U-образного и -образного высота концентратора,H/d Рис. 5. Зависимости относительной высоты Н/d фоклина(Нф ) U, Приведенные зависимости показывают, что более высокой концентрацией обладают U-образные концентраторы при одинако вом параметрическом угле, а наименьшей фоклины.

Расчеты относительной высоты Н /d фоклина, U, -образных концентраторов К приведены на рис. 5.

Приведенные зависимости показывают, что меньшими отно сительными высотами Н/d обладают -образные концентраторы при одинаковом параметрическом угле, а наибольшими U-образные концентраторы.

Таким образом, приведенные зависимости позволяют произ водить сравнительный анализ параметров и выбор конструкции концентраторов различных типов.

Приведены сравнительные характеристики цилиндри ческих концентраторов U, -образных, фоклинов позволяю щих производить сравнительный анализ параметров и выбор конструкции различных типов.

1. Майоров В.А., Тверьянович Э.В., Лукашик Л.Н. Особенности работы концентраторов без точного слежения за Солнцем. // Труды 5-й Меж дународной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергоснабжение в сельском хозяйстве». Часть 4. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006, с. 106-110.

2. Баранов В.К. Новые концентраторы излучения перспективы их приме нения в оптике и гелиотехнике. // Труды ГОИ, том 45, выпуск 179, Л., 1979, с. 57-70.

3. Майоров В.А., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Расчет и выбор опти мальных параметров стационарных -образных цилиндрических кон центраторов. // 7-я Специализированная выставка: Изделия и техноло гии двойного назначения диверсификации ОПК. Сборник научных трудов и инженерных разработок (17-20 октября 2006 г., Москва),

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ

БАТАРЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ И РЕЖИМОВ РАБОТ

Канд. техн. наук В.А. Майоров (ГНУ ВИЭСХ) Стационарные концентраторы, также как и планарные солнеч ные батареи (СБ) не требующие слежения за положением Солнца на небосводе, могут быть использованы как для тепловых коллекторов, так и для фотоэлектрических модулей [1]. Конкретные задачи пре допределяют выбор типа концентратора, степень концентрации из лучения, конструкцию концентрирующего устройства, тип приём ника излучения и т.д.

В настоящей статье рассматривается работа СБ (модулей) раз личных типов и режимов работ: планарных, с цилиндрическими концентраторами- стационарными, с дискретным слежением и СБ с точным слежением.

Основой для расчета работы СБ с точным слежением является зависимость часового угла ния и широты :

Годовое время работы t Г равно сумме интегралов летнего t dw и зимнего t з dw времени в зависимости от годового угла Пределы интегралов можно брать в абсолютных единицах (от 0 до w) и в относительных (от 0 до 1).

Основой расчета времени работы планарных СБ является зави симость часового угла от угла склонения и разницей S между широтой и углом наклона СБ к горизонту S:

и соответствует выражению:

Угол склонения зависит от годового угла w и соответствует выражению[2]:

где – угол между осью вращения Земли и полюсом Мира (= 23,5 град.);

угол w-соответствует вращению Земли вокруг Солнца Склонение можно также определить по приближенной формуле Купера[3].

Время работы стационарных цилиндрических концентрато ров зависит от часового угла [2]:

где - параметрический угол концентратора.

Значение относительного коэффициента эффективности цилиндрических концентраторов с различными параметрическими углами, концентрацией К и временем работы tk имеет вид:

где К определяется выражениями [2]:

- для фоклина Ka=1/siny;

-для U-образного KU=2/siny;

Расчётное значение коэффициента эффективности кон центраторов различных типов в зависимости от параметрического угла y представлены на рис. 1.

Рис. 1. Коэффициент эффективности как функция параметрического угла концентратора (для широты = 57 град.с.ш. и s=0) Таким образом, приведенные зависимости позволяют произ водить сравнительный анализ параметров и выбор конструкции концентраторов различных типов.

Выражение энергии W приходящей на приемник стационарно го СБ с цилиндрическим концентратором имеет вид:

где E0 - ‘энергия солнечного излучения равная 1000 Вт/м2;

- время работы концентратора;

сosjср- среднее значение косинуса угла наклона Солнца к пер пендикуляру миделя концентратора.

Расчетные зависимости времени работы СБ со слежением, планарных, цилиндрических стационарных и дискретным слежени ем ( в период времени года июнь- сентябрь- декабрь) от текущего дня года в относительных единицах k ( k = w/), при широте мест ности =570 показаны на рис. 2 [2].

время, час Рис. 2. Сравнительные характеристики времени работы СБ : со слежением, планарных, с цилиндрическими концентраторами- стационарными и дискретным слежением в период времени года июнь-декабрь Угол наклона Солнца к перпендикуляру миделя СБ –j опре деляется соотношением:

где в летнее время в зимнее время Среднее дневное значение cosjср соответствует значению:

Таким образом, в летнее время cosjср соответствует выражению:

а в зимнее время соответственно:

Подставляя приведенные значения времени работы и cos jср в формулу (8) получим значения энергии приходящей на планар ный СБ в течение дня.

На рис. 1 представлена зависимость приходящей энергии на приемник СБ (площадью 1 м2 ) от текущего дня года (июнь-декабрь),при широте местности =570.

Время работы СБ со стационарными цилиндрическими кон центраторами определяется через часовой угол к, согласно фор муле:

Угол наклона Солнца к перпендикуляру миделя концентратора –jк определяется соотношением:

где Среднее дневное значение cosjсрr соответствует значению:

Подставляя предельные значения в формулы(21) и (22) cosjсрк будет соответствовать выражению:

Подставляя приведенные значения времени работы и cosjсрк в формулу (1) получим значения энергии приходящей на пла нарный СБ в течение дня.

На рис.3 представлена зависимость приходящей энергии на концентратор СБ (площадью 1 м2) от текущего дня года (июнь декабрь), при широте местности =570, параметрическом угле = 27,50, S=0.

Подставляя значения оптического к.п.д.-опт и к.п.д. прием ника-пр выражение вырабатываемой энергии СБ- WСБ в соответ ствии с формулой (8) принимает следующее значение:

Расчетные зависимости вырабатываемой энергии с 1 м2 СБ с пр =0,2 для всех трех типов и с опт =0,9 для СБ с концентратором и точным слежением от времени года (июнь-декабрь) и широты = представлены на рис. 4.

Рис. 3. Расчетные зависимости приходящей энергии (широта местности =570) на: СБ- планарного типа;

с концентратором цилиндрического типа ( S=0, =27,50 ) и СБ с точным слежением за Солнцем от текущего дня года Вырабатываемая энергия СБ, Рис. 4. Расчетные зависимости вырабатываемой энергии с 1 м2 СБ с пр =0,2 для всех трех типов и с опт =0,9 для СБ с концентратором и точ ным слежением от текущего дня года (июнь-декабрь) и широты = Расчетные интегральные значения вырабатываемой энергии W dw рассматриваемых СБ по отношению к планарному соответ ствуют величинам: для СБ с точным слежением – 1,7;

для планарно го СБ – 1,0;

для стационарного СБ с цилиндрическим концентрато ром – 0,81.

Из этих сравнительных величин видно, что СБ с точным слежением в 1,7 раз вырабатывает больше энергии в году, чем соот ветствующий стационарный планарный СБ- однако конструкция усложняется устройством слежения, несущими частями, усложнен ной электро-коммутацией и т.д. Стационарный СБ с концентратора ми вырабатывает по отношению к планарному СБ на 19% меньше энергии в году, но его конструкция содержит меньше фотопреобра зователей пропорционально его концентрации К, кроме того выра ботку энергии СБ с концентраторами можно увеличить посредством дискретного поворота угла наклона S концен тратора относительно значения широты местности (т.е. при S0).

Таким образом, использование СБ зависит от технико экономических параметров конструкции, её назначению и др. фак торов, каждый из которых требует более широкого анализа.

На основании приведенных формул и расчетных сравни тельных энергетических характеристик можно определять целесо образность конструкции СБ различных типов и режима работ.

1. Майоров В.А., Тверьянович Э.В., Лукашик Л.Н. Особенности работы концентраторов без точного слежения за Солнцем // Труды 5-й Между народной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергоснабжение в сельском хозяйстве» (16-17 мая 2006 г.). М., ГНУ ВИЭСХ, 2006.

2. Майоров В.А. Сравнительные характеристики цилиндрических ста ционарных концентраторов // 4 Международная конференция «Возоб новляемая и малая энергетика» (24-25 октября 2007 г.). Тезисы докла дов. Комитет ВИЭ РосСНИО г. Москва. С.76-81.

3. Дж. А. Даффи, У.А. Бекман Тепловые процессы с использованием сол нечной энергии. М.: Издательство «МИР», 1977.

4. Cooper P.I. The Absortion of Solar Radiation in Solar Stills, Solar Energy, 12, 3 (1969).

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

канд. техн. наук А.П. Гришин (ГНУ ВИЭСХ) При определении например вольтамперных характеристик (ВАХ) солнечных батарей (СБ) с помощью амперметра и вольтметра в натурных условиях процесс измерения одной ВАХ занимает 5- мин., при этом солнечная радиация может изменяться, особенно при нестабильном состоянии атмосферы. В результате измеренные элек трические характеристики и солнечная радиация не синхронны и, следовательно, не точны. Проведение экспериментов в течение дня весьма трудоёмкая операция, более того, за ней следует ручная об работка полученных данных, построение ВАХ, определение опти мальной мощности, КПД, дневной выработки электричества и т.д., что приводит к дальнейшим ошибкам с неопределённостью в оценке суммарной погрешности. Ещё менее точны долговременные харак теристики, снимаемые в течение месяца, сезона, года и т.д.

Целью настоящей работы является создание и исследование системы автоматического определения характеристик СБ в натур ных условиях.

Основными задачами исследований явилось повышение точ ности измерения полученных данных, обработка их с помощью компьютерных программ, сокращение их измерения и повышение достоверности полученных результатов.

Для решения поставленных задач разработана система син хронного автоматического измерения токов, напряжения, солнечной радиации в натурных условиях с одновременной мгновенной реги страцией величин в компьютере с регулируемым интервалом между измерениями от долей секунды и выше и представлением массива данных в программе Excel.

Система состоит из устройства формирования ВАХ (про граммируемое реле с набором нагрузочных резисторов), модуля ввода аналоговых величин, адаптера RS 485 – RS 232, компьютера и пиранометра, рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства автоматического определения ВАХ Элементы схемы. Резисторы, подключенные на выходы реле Q1, Q2, Q3, Q4 являются нагрузочными. Подбираются индивиду ально для различных типов солнечных батарей. Прецизионные со противления делителя напряжения 7,5 кОм и 820 Ом и измерения тока 0,5 Ома предназначены для согласования измеряемых напря жения и тока СБ с входом модуля ввода данных МВА8.

Программируемое реле осуществляет подключение одного или нескольких нагрузочных сопротивления по заданной программе.

Напряжение питания 24В постоянного тока.

Аналоговый модуль ввода собирает значения измеряемых па раметров и передает на согласующее устройство. Работает от пере менного напряжения 220В.

Согласующее устройство – адаптер сети, предназначено для преобразования протокола цифрового сигнала с МВА в персональ ный компьютер. Напряжение питания 220В переменного тока.

Пиранометр осуществляет измерение плотности солнечного излучения.

Все величины через согласующие устройства заводятся на компьютер, ВАХ в любой момент времени можно распечатать, по строить кривые мощности и другие характеристики, например вы работку электричества за любой период времени или суммарную за сутки, неделю или за год.

Работа системы. Значения показаний с пиранометра и зна чения напряжения с солнечной батареи передается непосредственно в модуль ввода (МВА). Значения тока солнечной батареи в нагру зочных сопротивлениях передается в МВА в виде напряжения на токовом измерительном сопротивлении. Программируемое реле подключает различные комбинации сопротивлений, составляя, та ким образом, 14 точек замера показаний (для разных наборов нагру зочных сопротивлений, количество точек замеров может меняться).

В случае если 4 нагрузочных сопротивлений недостаточно, необхо димо использовать другую модель программируемого реле. Про граммируемое реле на рис. 1 имеет 4 выхода, что определяет огра ничение на количество нагрузочных сопротивлений. При необходи мости их количество может быть увеличено до 14 штук. Значения напряжения и тока в каждой из точек замера передаются в МВА.

Перебор точек осуществляется в течение небольшого промежутка времени (от 0,1 секунды на замер каждой точки). Программа пере бора нагрузочных сопротивлений запускается программируемым реле каждый час. При необходимости время запуска программы ре ле и время замера каждой точки может быть изменено. Реле имеет удобный язык программирования «блок-схем» (FBD). Пример про граммы реле представлен на рис. 2.

На рис. 2 кнопки «1» и «2» (Блоки В39 и В40 соответственно) запускают программу программируемого реле. Блок В45 отвечает за пуск программы каждый час. Блок В12 определяет длительность замера одной точки. Q1, Q2, Q3, Q4 – выходы реле которые подклю чают нагрузочные сопротивления (см. рис. 1.). Блоки В24, В25, В обеспечивают цикличность перебора нагрузочных сопротивлений при каждом последующем запуске.

Блок В04 осуществляет подключение выходных реле в опре деленных комбинациях. В нашем случае данный блок запрограмми рован на 14 шагов (14 точек замера). На каждом шаге подключаются те или иные выходные реле и, соответственно, нагрузочные сопро тивления (по отдельности, последовательно или параллельно). Ос тальные блоки программы – вспомогательные, служат для отобра жения на дисплее текущего режима работы, информации о шаге, о том какие нагрузочные сопротивления подключены в данный мо мент и т.п.

Далее модуль аналогового ввода преобразует полученные данные в цифровой сигнал и через согласующее устройство (адаптер сети АС3) передает их на персональный компьютер. На персональ ном компьютере установлено соответствующее программное обес печение (ПО). Данное ПО осуществляет регистрацию данных с МВА с заданным интервалом времени (например, 1 минута для по казаний с пиранометра и 5 секунд для значений тока и напряжения с солнечной батареи). Пример отображения данных на персональном компьютере представлен на рис. 3.

Средний график отображает напряжение батареи, который имеет провалы, связанные с уменьшением величины напряжения при увеличении нагрузки в период снятия вольтамперных характе ристик [1].

На верхнем графике представлены значения токов нагрузки – аналогичные по времени пики, характеризующие возрастание тока при измерении вольтамперных характеристик.

Нижний график отображает плотность солнечного излучения в реальном времени.

Рис. 3. Отображение данных на персональном компьютере.

Данные из программы регистрации значений показаний могут быть распечатаны или переданы в программу Excel для дальнейшей обработки и построения ВАХ. На рис. 4 показан пример результатов измерения ВАХ с использованием описанной выше системы автома тического определения вольтамперных характеристик с 10:00 до 19:00 часов 05 апреля 2007 года, после обработки данных в Excel и расчета зависимости мощности от нагрузки для трех моментов вре мени 10:03, 12:03 и 15:03.

Рис. 4. Характеристики СБ для первой половины дня 5 апреля 2007 г.

На рис. 5 показаны временные графики изменения плотности потока солнечного излучения и соответствующие изменения фото ЭДС СБ и тока короткого замыкания, полученные в той же про грамме обработке данных.

Оценим погрешность такого способа измерения напряжения и тока. Схема измерения представлена на рис. 6. Здесь измерительный комплекс, состоящий из модуля МВА8 адаптера АС3 и компьютера, имеет предельную приведенную погрешность измерения напряже ния ик= ± 0,25% и минимальное измеряемое напряжение («цену де ления») 0,2 мВ.

Комплекс имеет два измерительных входа UI и UД с преде лом измерения 1,0 В. Для согласования измеряемого напряжения СБ применен делитель напряжения R'Д и RД из прецизионных сопротив лений С5-5 с номиналом 7,5 кОм ± 0,1% для R'Д и 820 Ом ± 0,1% для RД и суммарным сопротивлением R Rнmax. Для измерения тока применен аналогичный резистор RI с номиналом 0,5 Ом ± 0,1%.

J, Вт/м2;

I, мA Рис. 6. Схема измерения напряжения U и тока I солнечной батареи Результат измерения напряжения определяется как произве дение:

где Uик – показания измерительного комплекса, k – коэффициент делителя.

Результат измерения тока определяется как частное:

Составим таблицу погрешностей получаемых при измерении напряжения и тока.

Измерение напряжения Коэффициент Погрешность k Погрешность из мерения Результат изме рения, В Измерение тока Погрешность из- = ик + = 0,0025 + 0,001 = 0, Результат изме рения, мA Разработанная система автоматического синхронного снятия плотности солнечного излучения, ВАХ и других характеристик СБ позволяет получить массив данных плотности излучения, напряже ния и тока СБ под нагрузкой с минимальным периодом замера дан ных между точками 100 мс и регулируемой периодичностью заме ров одной характеристики непрерывно в течение суток. При этом погрешность замеров, определяемая цифровым измерительным комплексом, составляет не более 0,5%, что достаточно для исследо вательских целей. Полученный массив данных копируется в про грамму Excel, где может быть использован для различных расчетов, математического моделирования, анализа характеристик и других исследовательских целей.

1. Арбузов Ю.А. Евдокимов В.М. Основы фотоэлектричества. М: ГНУ ВИЭСХ, 2007. - 284 с.

ДВУСТОРОННИЙ ПЛАНАРНЫЙ МНОГОПЕРЕХОДНЫЙ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВЕ

ГОМОГЕННОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

Академик РАСХН Д.С. Стребков, канд. физ.-мат. наук Ю.Д. Арбузов, д-р физ.-мат. наук В.М. Евдокимов, канд. техн.

наук О.В. Шеповалова (ГНУ ВИЭСХ, НТЦ ВИЭН, Москва) Обычные планарные фотопреобразователи (ФП) [1] имеют малые значения напряжения. Известно также, что при относительно малой толщине базовой области они могут работать при освещении с двух сторон. Однако при таком режиме работы они оказываются малоэффективными. Для увеличения эффективности и одновремен но повышения рабочего напряжения предлагается создать планар ный ФП, состоящий из трех последовательно соединенных преобра зователей со структурой n-p-p+, так что общая структура ФП: n-p p+-n-p-p+-n-p-p+. Средний слой является более толстым и обеспечи вает механическую прочность всей системы.

Предполагается, что p+ слой обеспечивает металлический пе реходный контакт между p и n слоями, устраняет (снижает) поверх ностную рекомбинацию на соответствующей стороне базовой об ласти каждого ФП и дает вклад в коэффициент собирания из базо вой области. Такой ФП является каскадным преобразователем. При освещении светом с двух сторон каждый из 3-х последовательно соединенных ФП освещается светом, последовательно прошедшим через соответствующие предыдущие преобразователи. При таком освещении функция генерации в каждом ФП представляет сумму функций генерации от светового потока справа и слева. При этом результирующая функция генерации становится более однородной и засвечиваются области далекие от p-n перехода.

Рис. 1. Структура двухстороннего каскадного фотопреобразователя Структура двухстороннего каскадного ФП показана на рис. 1.

Как известно, при последовательном соединении необходимо равен ство фототоков всех входящих в структуру ФП, что позволит избе жать схемных потерь. Для этого необходимо выбрать соответст вующие значения толщины базовых слоев 2 и 3 преобразователей.

Естественно, что эти толщины будут зависеть от спектра падающего излучения.

Обозначим спектральную плотность падающего излучения на длине волны как S(). Тогда для определения толщины базовых областей d2б d3б 2 и 3-го ФП получаем систему из двух нелинейных уравнений:

dS()(Fileft () + Firight ()) = dS()(F1left () + F1right ()) i = 2,3, Fileft - спектральный коэффициент собирания по отношению к потоку излучения, падающего на систему слева, Firight - спек тральный коэффициент собирания по отношению к потоку излуче ния, падающего на систему справа. С учетом поглощения света в предыдущих слоях их величина будет меньше собственного спек трального коэффициента собирания Qileft или Qiright и составит где di = diлс + diб + dip+, - толщина i-того ФП, которая пред ставляет сумму толщины легированного слоя, базовой области и p+ слоя, а = () – коэффициент поглощения на длине волны. Спек тральный коэффициент собирания Qi можно представить в виде Qi = Qiлс + Qiб +Qip+, суммы коэффициентов собирания из легированного, базового и p+ слоя. Их можно выразить через единую функцию Q(,d,L,S,D) от коэффициента поглощения, толщины слоя d, диффузионной длины неосновных носителей заряда L, скорости поверхностной ре комбинации на поверхности противоположной p-n (или p-p+) – пе реходу S, и коэффициента диффузии неосновных носителей заряда D [2]:

Опуская индекс i, для освещения с левой стороны можно за писать:

При освещении с правой стороны соответственно имеем:

Для скорости поверхностной рекомбинации на тыльной сто роне базовой области необходимо использовать эффективное значе ние:

где Nб – уровень легирования базы, Np+ – уровень легирова ния p+ слоя.

Итак, для определения толщины базовых слоев необходимо решить систему из 2 нелинейных уравнений. Данная система урав нений может быть решена численными методами. Возводя уравне ния в квадрат, складывая их и извлекая из полученной суммы квад ратный корень мы получим некоторую норму, которая очевидно имеет минимум, равный нулю, на решении системы. Для численного решения можно воспользоваться методом покоординатного спуска для нахождения минимума. Для нахождения решения системы урав нений была написана соответствующая программа на языке Quick C.

В качестве спектра падающего излучения был выбран спектр абсолютно черного тела с температурой 6000 К (заатмосферное солнце).

где W = 136 мВт/см2 – плотность потока энергии, падающего на ФП;

– постоянная Планка, деленная на 2;

c – скорость света;

k – постоянная Больцмана;

Tc – температура поверхности Солнца.

Интегрирование по длинам волн производилось в интервале 0,4 – 1,1 мкм., поскольку для меньших длин волн коэффициент со бирания мал, а кроме того нет значений коэффициента поглощения в кремнии.

Параметры полупроводниковых слоев приведены в таблице 1.

Значения параметров полупроводниковых слоев Номер та/слой Результаты численного расчета толщины базовых слоев дают следующие значения d2б = d3б = 2.82мкм. Фототок структуры при этом составляет jф = 17.68 мА/см2. Значения напряжения холостого хода на отдельных ФП в структуре составили Uхх1 = 558 мВ, Uхх = 646 мВ, Uхх3 = 646 мВ, и суммарное значение напряжения холо стого хода на структуре Uхх1+2+3 = 1850 мВ. КПД структуры равен 10.0%.

Для сравнения при таком же двухстороннем освещении базо вый элемент 1 имеет следующие значения jф = 37.1 мА/см2, Uхх1 = 577.3 мВ, КПД элемента 6.51%.

Таким образом, создание каскада может дать заметный выиг рыш в КПД каскадного ФП, при условии создания качественной границы раздела элементов в каскаде. Однако этот выигрыш объяс няется тем, что одиночный ФП плохо работает при двухстороннем освещении. Он неэффективно преобразует коротковолновое излуче ние при освещении с тыльной стороны. Дополнительный выигрыш достигается за счет улучшения характеристик фотопреобразователей за счет увеличения коэффициента собирания при уменьшении или отсутствии поверхностной рекомбинации.

Отрицательным эффектом является уменьшение фототока в такой структуре, что приводит к уменьшению напряжения холостого хода. Но, как видно из представленных результатов, это отрицатель ная тенденция при определенных условиях может быть скомпенси рована положительной, что в целом приводит к росту КПД всей структуры.

1. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фотоэлек трической энергетики. // Электротехническая промыщленность. Серия 22. Источники тока, вып. 14. 1988.

2. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М. Основы фотоэлектричества. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007. - 292 с.

ПЛАНАРНЫЙ МНОГОПЕРЕХОДНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВЕ ГОМОГЕННОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

д-р физ.-мат. наук В.М. Евдокимов, канд. техн. наук О.В. Шеповалова (ГНУ ВИЭСХ, НТЦ ВИЭН, Москва) Современные планарные полупроводниковые фотоэлектри ческие преобразователи (ФП) [1] имеют сравнительно небольшие значения напряжения. Так для кремниевых ФП его типичное значе ние составляет около 0,5 В. В то же время для работы различной ап паратуры обычно требуются большие значения напряжения, которое набирается за счет коммутации отдельных ФП в батарею. В данной работе предлагается создать многопреходный планарный ФП, кото рый позволяет заметно повысить значения выходного напряжения.

Рассмотрим ФП с N p-n переходами со стуктурой n-p-p+-n-p-p+-… n-p-p+. В настоящее время подобная структура может быть создана методами жидкостной или газовой эпитаксии путем нанесения по следующих слоев на базовый ФП. Базовый ФП может быть создан обычным способом и обеспечит механическую прочность всей структуры. Поскольку p+ и n слои являются сильно легированными, то между ними обеспечивается металлический переходный контакт либо за счет туннелирования либо за счет пробоя n-p+ перехода. Та ким образом такая структура является каскадным преобразователем, состоящим из N последовательно соединенных ФП, освещаемых светом, последовательно прошедшим через предыдущие полупро водниковые слои.

Структура каскадного ФП показана на рис. 1.

Рис. 1. Структура каскадного фотопреобразователя Как известно, при последовательном соединении необходимо равенство фототоков всех входящих в структуру ФП, что позволит избежать схемных потерь. Для этого необходимо выбрать соответ ствующие значения толщины базовых слоев отдельных преобразо вателей. Естественно, что эти толщины будут зависеть от спектра падающего излучения.

Обозначим спектральную плотность падающего излучения на длине волны как S(). Тогда для определения толщины базовых областей diб i-того ФП получаем систему N - 1 нелинейных уравне ний:

где Fi - спектральный коэффициент собирания по отношению к по току излучения, падающего на систему. С учетом поглощения света в предыдущих слоях его величина будет меньше собственного спек трального коэффициета собирания Qi и составит где dk = dkлс + dkб + dkp+, - толщина k-того ФП, которая представ ляет сумму толщины легированного слоя, базовой области и p+ слоя, а = () – коэффициент поглощения на длине волны. Спек тральный коэффициент собирания Qi можно представить в виде суммы коэффициентов собирания из легированного, базового и p+ слоя. Их можно выразить через единую функцию Q(,d,L,S,D) от коэффициента поглощения, толщины слоя d, диффузионной длины неосновных носителей заряда L, скорости поверхностной рекомбинации на поверхности противоположной p-n (или p-p+) – переходу S, и коэффициента диффузии неосновных носителей заряда D [2]:

SL L SL L

Опуская индекс i, можно записать:

Для скорости поверхностной рекомбинации на тыльной стороне ба зовой области необходимо использовать эффективное значение:

где Nб – уровень легирования базы, Np+ – уровень легирования p+ слоя.

Итак, для определения толщины базовых слоев необходимо решить систему из N-1 нелинейных уравнений. Данная система уравнений может быть решена численными методами. Возводя уравнения в квадрат, складывая их и извлекая из полученной суммы квадратный корень мы получим некоторую норму, которая очевидно имеет минимум, равный нулю, на решении системы.

Для численного решения можно воспользоваться методом поко ординатного спуска для нахождения минимума. Для нахождения решения системы уравнений была написана соответствующая программа на языке Quick C.

Далее в качестве примера рассмотрим каскад из двух ФП (N = 2) с нефотоактивным бесконечно тонким p+ - слоем. Считается, что легированные слои создаются по одной и той же технологии и поэтому имеют одинаковые значения параметров.

В качестве спектра падающего излучения был выбран спектр абсолютно черного тела с температурой 6000 К (заатмосферное солнце). Интегрирование по длинам волн производилось в интерва ле 0,4 – 1,1 мкм., поскольку для меньших длин волн коэффициент собирания мал, а кроме того нет значений коэффициента поглоще ния в кремнии.

Параметры полупроводниковых слоев приведены в таблице 1.

Значения параметров полупроводниковых слоев Номер элемен та/слой Результаты численного расчета толщины базового слоя для различных значений скорости поверхностной рекомбинации базово го слоя второго ФП приведены в таблице 2. В этой таблице также приведены значения фототока структуры jф, напряжения холостого хода на отдельных элементах Uхх1 и Uхх2 и на структуре Uхх1+2и значения коэффициента полезного действия.

Значения толщины базового слоя 2 элемента и параметров ФП для Для сравнения на одном базовом ФП были получены сле дующие значения jф = 35.41 мА/см2, Uхх = 581 мВ, = 12.5%.

Видно, что создание каскада выгодно, если удастся снизить скорость поверхностной рекомбинации на тыльной поверхности ба зы верхнего элемента до значений Sб2 103 см/с. При больших зна чениях скоростей поверхностной рекомбинации возрастает обрат ный ток верхнего элемента и ухудшается его эффективность. При этом увеличивается толщина его базового слоя, что необходимо для работы каскада.

Таким образом, создание каскада может дать некоторый вы игрыш в КПД каскадного элемента, при условии создания качест венной границы раздела двух элементов в каскаде. Выигрыш при этом достигается за счет улучшения характеристик как верхнего, так и нижнего фотопреобразователей. Верхнего – за счет увеличенного коэффициента собирания при отсутствии поверхностной рекомби нации. Нижнего – за счет того, что в него проникает более длинно волновое излучение и при этом меньше сказывается отрицательное влияние легированного слоя.

Отрицательным эффектом является уменьшение фототока в такой структуре, что приводит к уменьшению напряжения холостого хода. Но, как видно из представленных результатов, это отрицатель ная тенденция при определенных условиях может быть скомпенси рована положительной, что в целом приводит к небольшому росту КПД всей структуры.

При учете наличия p+ -слоя в во втором фотопреобразовате ле с параметрами, приведенными в таблице 1, получаются следую щие результаты (таблица 3).

Значения толщины базового слоя 2 элемента и параметров Скорость поверхностной рекомбинации на тыльной поверхно сти базовой области второго ФП снижается до значения 13.06 см/с.

Учет конечных размеров p+ слоя приводит к необходимости умень шать толщину базового слоя. Одновременно несколько уменьшается значение КПД, тока короткого замыкания и напряжения холостого хода. Однако в целом каскадная структура обладает хорошими па раметрами, что говорит о возможности создания высоковольтных планарных каскадных элементов.

1. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фотоэлек трической энергетики. // Электротехническая промышленность. Серия 22. Источники тока, вып. 14. 1988.

2. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М. Основы фотоэлектричества. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007. - 292 с.

РАЗРАБОТКА СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

В СПЕКТР

Канд. физ.-мат. наук Ю.Д. Арбузов, д-р физ.-мат. наук В.М.Евдокимов, канд. физ.-мат. наук А.Ф. Милованов, (ГНУ ВИЭСХ, НТЦ ВИЭН, НПП “Квант”, Москва) Наиболее радикальными физическими принципами повыше ния эффективности фотоэлектрического преобразования солнечной энергии являются применение концентрации излучения и использо вание сложных систем фотопреобразователей (ФП) различного типа.

Осуществлением сочетания этих принципов явилась разработка но вого способа преобразования, основанного на разложении излучения в спектр и использовании для различных участков спектра ФП, об ладающих соответствующими полосами фоточувствительности, с одновременной концентрацией излучения [1].

Предельный теоретический КПД системы с разложением из лучения в спектр и использованием ФП из n различных полупровод ников с возрастающими значениями ширины запрещенной зоны Eg,i (i = 1,2,…,n) равен [2]:

где i – известный предельный КПД ФП с шириной запрещенной зоны Eg,i, имеющий максимальное значение 44%, соответствующее кремнию.

Представленный способ имеет ряд положительных особен ностей, позволяющих повысить не только предельный теоретиче ский, но и реальный физический КПД: независимость оптимизации отдельных ФП для каждого участка спектра, включая структуру, оптические покрытия и другие параметры, конструкцию и геомет рические размеры;

отсутствие необходимости обеспечения прозрач ности ФП в нерабочей области спектра;

более эффективное исполь зование ФП различного типа из одного и того же полупроводника.

В частности, разработанный способ позволяет снизить оптиче ские потери на отражение посредством использования просветляю щих покрытий ФП, оптимизированных для соответствующих участков спектра, в то время как, например, в обычном элементе необходимо просветление во всей области чувствительности ФП, а в каскадном еще и в области за краем фундаментального поглощения.

Другой очень важной особенностью рассматриваемого спо соба является возможность отвода от ФП теплового или ультрафио летового излучения, не преобразуемого в электрическую энергию или преобразуемого с низким КПД, что значительно облегчает теп ловой режим и делает способ перспективным для преобразования концентрированного излучения, повышая реальный физический КПД и ресурс работы установки.

В работе создана и исследована фотоэлектрическая система на основе наиболее эффективных ФП, выпускаемых промышленно стью, в том числе: ФП на основе кристаллического арсенида галлия с гетероструктурой pGaAlAs-pGaAs-nGaAs с шириной запрещенной зоны 1,4 эВ, обладающих высокой эффективностью преобразования коротковолновой части спектра излучения;

ФП на основе кристал лического кремния со структурой nSi-pSi с шириной зоны 1,1 эВ, обладающих высокой эффективностью преобразования средневол новой части спектра в области максимума солнечного излучения;

матричных ФП на основе кристаллических германиевых микроэле ментов со структурой nGe-pGe с шириной зоны 0,68 эВ с “верти кальными” p-n переходами, обеспечивающих максимальную эффек тивность в ближайшей инфракрасной области излучения.

Предельный КПД системы (1) равен 64%.

Минимальный коэффициент отражения солнечного спектра с оптимизированными однослойными оптическими покрытиями для каждого ФП составляет всего 1,6% [3].

Отвод длинноволновой части солнечного излучения за краем собственного поглощения кремния и за коротковолновой границей чувствительности реальных ФП о 0,4 мкм в сумме обеспечивает уменьшение тепловой мощности, поглощаемой системой, примерно на 46%, что позволяет повысить КПД относительно обычного осве щения батарей всем спектром на 20 25% в космических условиях и на 10 12% в наземных условиях [3].

Спектральная чувствительность ФП S(), мкА/мВт, на длине волны определялась по спектральной чувствительности созданно го эталонного прибора, Sэ(), мкА/мВт:

где jэ(), А/см2, - измеренная плотность тока короткого замыкания эталонного прибора на длине волны ;

jкз(), А/см2, - измеренная плотность тока короткого замыкания ФП на длине волны.

Для ФП со структурой pGaAlAs-pGaAs-nGaAs размером 20х30 мм основные параметры измеренной кривой спектральной чувствительности S() следующие: красная граница к = 0,9 мкм;

максимум – 500 мкА/мВт при м = 0,825 мкм;

коэффициент собира ния носителей p-n переходом в максимуме чувствительности – 0,76;

на коротковолновом краю чувствительности при о = 0,4 мкм коэф фициент собирания носителей – 0,54.

Для ФП на основе кремния со структурой nSi-pSi размером 20х30 мм: к = 1,12 мкм;

максимум – 670 мкА/мВт при м = 0, мкм;

коэффициент собирания носителей в максимуме чувствитель ности – 0,87;

на коротковолновом краю при о = 0,4 мкм коэффици ент собирания носителей – 0,46.

Для матричного ФП, включающего 50 германиевых микро элементов со структурой nGe-pGe толщиной порядка 1 мм с “верти кальными” p-n переходами: к = 1,92 мкм;

максимум – 390 мкА/мВт при м = 1,73 мкм;

коэффициент собирания носителей в максимуме – 0,283;

на коротковолновом краю при о = 1,1 мкм коэффициент собирания носителей – 0,066.

Полученные данные по спектральной чувствительности ФП являются основными показателями для определения оптимальных размеров и границ размещения выбранных типов ФП в фокальной плоскости оптической системы разложения излучения в спектр.

В длинноволновой видимой и инфракрасной областях крем ниевый ФП имеет более высокую спектральную чувствительность, чем арсенид-галлиевый. В то же время кремниевый ФП имеет более низкое значение генерированного напряжения холостого хода. Оп тимальная граничная длина волны между этими двумя ФП, как и в общем случае, граничные длины волн между соседними i-м и i+1-м ФП в разложенном спектре излучения, определяются условиями ра венства плотностей спектральной мощности соседних ФП на этих длинах волн. Поскольку напряжение холостого хода i-го ФП при мерно пропорционально ширине запрещенной зоны этого ФП Eg,i, то сформулированное условие для определения соответствующей оп тимальной граничной длины волны i, в первом приближении полу чает выражение:

Таким образом, оптимальная граница между ФП из арсенида галлия и кремния в разложенном спектре смещается в более корот коволновую сторону по сравнению с красной границей собственного поглощения света в арсениде галлия. По результатам измерений, эта граница соответствует 0 0,75 мкм.

Спектральная чувствительность ФП из германия в области собственного поглощения кремния является довольно малой. Это означает, что оптимальная граница между ФП из кремния и герма ния в разложенном спектре близка к красной границе поглощения в кремнии.

Спектральная чувствительность системы S() с использова нием n ФП различного типа определяется посредством измерения спектральных потоков излучения на отдельные ФП Фi() (i = 1, 2,..., n) и рассчитывается как суперпозиция значений Si():

т.е. принимается, что ФП работают в раздельных электрических це пях. При этом, в частности, если свет с данной длиной волны падает в системе только на один ФП, то спектральная чувствительность всей системы равна спектральной чувствительности этого ФП.

Экспериментально определены аналитический вид и значе ния параметров вольт-амперных характеристик и КПД ФП. Вольт амперная характеристика ФП на основе структуры GaAlAs-GaAs имеет вид:

где плотность тока короткого замыкания jкз = 23,3 мА/см2, плотность обратного рекомбинационного тока jr = 4,2910-11 A/см2, удельное внутреннее сопротивление r = 0,48 Омсм2, напряжение холостого хода Uхх = 1,0 В. Плотность тока в оптимальной точке вольт амперной характеристики jопт = 21,3 мА/см2, напряжение в этой точ ке Uопт = 0,86 В, коэффициент полезного действия = 18,4%.

Вольт-амперная характеристика ФП на основе структуры nSi-pSi имеет вид:

где jкз = 38,8 мА/см2, плотность обратного диффузионного тока на сыщения jd = 10-12 А/см2, jr = 1,83710-7 A/см2, r = 0,6 Омсм2, Uхх = 0,587 В. jопт = 36 мА/см2, Uопт = 0,455 В, = 16,4%.

Вольт-амперная характеристика матричного ФП на основе германиевых микроэлементов со структурой nGe-pGe имеет вид:

где jкз = 13,2 мА/см2, jr = 3,2710-5 A/см2, r = 0,5 Омсм2, Uхх = 1,42 В, т.е. напряжение холостого хода микроэлемента ~ 0,03 В. = 0,3%.

КПД фотоэлектрической системы с использованием n различ ных ФП с КПД i (i = 1, 2,…, n) рассчитывается как суперпозиция КПД i в соответствии с выражением:

где Wi – мощность потока излучения, падающего на i-й ФП.

Данное выражение соответствует условию, что ФП используют ся в независимых электрических цепях..

Разработана и создана солнечная батарея (СБ), включающая эти три ФП, смонтированная на металлизированной плате размера ми 295х75х1,5 мм (см. рисунок). СБ включает систему токоотводов от всех ФП и обеспечивает проведение измерений фотоэлектриче ских характеристик ФП как в независимых электрических цепях, так и в различных системах коммутации ФП. Конструкция снабжена микрометрическими винтами и ширмами, позволяющими согласо вывать геометрические параметры активных поверхностей различ ных ФП и параметры их размещения на освещаемой поверхности СБ, в том числе, устанавливать и изменять границы между соседни ми ФП на основе измерений спектральной чувствительности ФП.

СБ позволяет измерять оптико-энергетические и фотоэлек трические характеристики и КПД различных фотоэлектрических систем на основе спектрального разложения излучения, исследовать тепловые режимы работы ФП и влияние на них отвода нефотоак тивного излучения. Использование СБ дает возможность исследова ния зависимостей эффективности систем от параметров устройств разложения излучения в спектр, технологических и конструктивных параметров ФП, с конечной целью оптимизации и определения пер спектив разрабатываемого способа фотопреобразования.

1. А.С. СССР № 320861. 1970. Способ преобразования энергии светового излучения в электрическую / Евдокимов В.М., Ландсман А.П., Мака рова Н.Н., Милованов А.Ф.

2. Евдокимов В.М. Проблемы теории и перспективы повышения эффек тивности фотопреобразования // Фотоприемники и фотопреобразова тели. Л.: Наука, 1986. С. 148 – 180.

3. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Милованов А.Ф., Пузаков В.Н., Тверьянович Э.В. Фотоэлектрическое преобразование энергии на осно ве спектрального разложения излучения. // Автономная энергетика:

технический прогресс и экономика, 2005, №19. С. 12 – 25.

СИСТЕМЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНОГО

РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ.

Канд. физ.-мат. наук Ю.Д. Арбузов, д-р физ.-мат. наук В.М. Евдокимов, канд. физ.-мат. наук А.Ф. Милованов, (ГНУ ВИЭСХ, НТЦ ВИЭН, НПП “Квант”, Москва) Принципиальная и экспериментально легко реализуемая система предложенного нового способа фотопреобразования на ос нове спектрального разложения излучения включает призменно линзовую оптическую систему, обеспечивающую практически точное пространственное разделение спектральных составляющих падающего излучения, а также систему различных, спектрально наиболее эффективных, ФП [1,2,3].

Она включает призму, обладающую дисперсией показателя преломления n(), и линзу для формирования спектрального распре деления освещенности в фокальной плоскости. Выражение для ко ординаты х точки попадания луча с длиной волны на фокальную плоскость (относительно оси линзы) в геометрической оптике полу чает вид:

где F - фокусное расстояние линзы, - угол при вершине призмы, - угол падения луча на освещаемую грань призмы, - угол между осью линзы и задней гранью призмы.

В системе с двумя современными технологически наиболее отработанными ФП на основе GaAs и Si отвод длинноволновой час ти солнечного излучения за краем собственного поглощения крем ния и за коротковолновой границей чувствительности реальных ФП ~ 0,4 мкм в сумме фактически обеспечивает теоретически точное значение уменьшения тепловой мощности, поглощаемой системой ФП, примерно на 46%, что позволяет повысить КПД систем на 25% в космических условиях и на 10 12% в наземных условиях относительно обычного освещения ФП всем спектром [3].

Разработанная конструкция оптической системы типа приз ма-линза включает призму, равностороннюю в сечении, с прелом ляющим углом 60о и размером ребра 50 мм, выполненную из опти ческого стекла марки ТФ3, а также стеклянную цилиндрическую линзу с размерами освещаемой поверхности 6х10 см и фокусным расстоянием F = 8 см.

Конструкция, смонтированная на плате в сборке с экспери ментальной солнечной батареей, включающей три наиболее эффек тивных ФП, выпускаемых промышленностью, на основе структур pGaAlAs-pGaAs-nGaAs, nSi-pSi и nGe-pGe, показана на рис. 1.

Рис. 1. Конструкция оптической системы типа призма-линза для разложения излучения в спектр в сборке с экспериментальной СБ Все линейные и угловые параметры системы, а также поло жение фокальной плоскости, предназначенной для размещения ФП, выверены и жестко зафиксированы, что обеспечивает удобство и необходимую точность установления хода лучей в оптической схеме и проведения измерений.

Созданная установка представляет достаточно легкую и прочную конструкцию, позволяющую удобно осуществлять любую ориентацию и проводить измерения пространственно-спектральных распределений потоков излучений в оптической системе и фото электрических характеристик ФП.

Создание оптической системы, пригодной для широкого практического использования, включает требования обеспечить, при достаточно точном разложении излучения и достаточно высоком оптическом КПД, минимальные или практически приемлемые весо габаритные характеристики системы, стабильность и надежность ее эксплуатации. Однако система типа призма-линза, при точном раз ложение излучения в спектр и обеспечении необходимой концен трации излучения, обладает недостатком, которым является гро моздкость, массивность и сложность конструкции.

Разработанная новая система фотопреобразования на основе разложения излучения в спектр включает дихроическую линзу, ко торая сочетает в себе свойство призменной системы спектрального разложения излучения с конструкцией в виде пленочной линзы [4].

В конструкции осуществляется разложение излучения в фокальной плоскости, в которой располагаются ФП, на два участка, один из которых включает падающие кванты излучения с длинами волн 0, а другой – с 0, где 0 – характеристическая длина волны, ко торая выбирается из требований оптимизации работы всей системы.

В системе реализуется только частичный отвод нефотоак тивного излучения от ФП. Рассчитанные спектральные характери стики отводимого излучения от системы реальных ФП Si-GaAs с коротковолновой границей чувствительности ФП ~ 0,4 мкм при 0 = 0,89 мкм показали, что полный отвод мощности нефотоактивного излучения для современных промышленных ФП из GaAs и Si в за висимости от их КПД в обычных условиях при средних концентра циях солнечного потока составляет 18 – 20%, что соответствует уменьшению рабочей температуры ФП на 10 – 20 К для различных механизмов охлаждения.

Создана экспериментальная конструкция дихроической лин зы в виде усеченного сегмента осесимметрической дихроической линзы с 0 0,6 мкм, соответствующей спектральному максимуму солнечного излучения. Конструкция представляет две одинаковые прямоугольные в плане дихроические линзы, изготовленные из орг стекла и смонтированные на одном держателе (рис. 2). Геометриче ские параметры линзы равны: размер линзы – 100х40 мм, положение границы раздела спектра относительно фокуса - 50 мм, фокальное расстояние - 300 мм.

Рис. 2. Дихроические линзы из оргстекла, смонтированные на одном держателе в измерительной установке с экспериментальной СБ Установка на основе созданной дихроической линзы и экспе риментальной СБ включает лампу накаливания в качестве источника излучения, стеклянный коллиматор и линзу Френеля из прозрачного пластика с фокусным расстоянием 30 см для обеспечения параллельно сти излучения, падающего на дихроическую линзу. На установке опре делены оптимальные положения границы между ФП из арсенида галлия, кремния и германия.

Для проведения достаточно длительных непрерывных изме рений характеристик фотоэлектрических систем на основе разложе ния излучения в спектр при использовании искусственного источни ка излучения или солнечного освещения в натурных условиях соз дана установка, позволяющая производить ориентацию оптиче ских систем на источник с поворотом по двум осям с точностью до 0,1 град, показанная на рис.3 в комплекте с системой призма-линза и экспериментальной СБ.

Рис. 3. Установка для проведения непрерывных измерений характеристик фотоэлектрических систем на основе разложения излучения в спектр при использовании солнечного освещения При измерениях на установке с использованием искусствен ного источника излучения угловой размер пучка излучения должен составлять не более 3 град, для чего используются коллимирующие устройства. Отклонение оптической оси фотоэлектрической систе мы от центральной линии в пучке искусственного источника излу чения или от направления на Солнце должно составлять так же не более 3 град, что определено рассчитанным предельно допустимым расхождением лучей в оптической системе при отклонении относи тельно оптической оси.

В натурных условиях установка позволяет проводить непре рывные измерения при одноосевом слежении за Солнцем в течение не менее одной недели.

1. А.С. СССР № 320861. Способ преобразования энергии светового из лучения в электрическую / Евдокимов В.М., Ландсман А.П., Макарова Н.Н., Милованов А.Ф. - 1970.

2. Далецкий Г.С., Евдокимов В.М., Колесников А.А., Милованов А.Ф. // Тезисы докл. Всесоюзной конф. «Использование солнечной энергии».

Ашхабад, 1977. С. 221.

3. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Милованов А.Ф., Пузаков В.Н., Тверьянович Э.В. Фотоэлектрическое преобразование энергии на осно ве спектрального разложения излучения // Автономная энергетика: тех нический прогресс и экономика, 2005, №19, С. 12 – 25.

4. Патент РФ № 2198353. (Приоритет от 26.12.2000). Концентратор сол нечного излучения / Арбузов Ю.Д., Безруких П.П., Евдокимов В.М., Пузаков В.Н., Тверьянович Э.В. // БИ. 2003. №4.

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ

Академик РАСХН Д.С. Стребков, канд. техн. наук И.С. Персиц (ГНУ ВИЭСХ), канд. хим. наук Б.А. Астапов (ООО «Пента-91»), д-р хим. наук В.М. Копылов, канд. хим. наук В.А. Ковязин, Повышение конкурентоспособности солнечной энергетики по сравнению с традиционными технологиями в значительной сте пени определяется возможностями увеличения сроков эффективной эксплуатации фотоэлектрических модулей, снижением энергоемко сти процессов производства модулей, исключением из производства экологически вредных факторов, а также возможностью экологиче ски безопасных методов утилизации материалов.

Настоящая работа посвящена попытке комплексного реше ния названых проблем.

Основным фактором, определяющим длительность эксплуа тации модулей, является состав капсулирующего материала (запол нителя).

Анализ опыта производства и эксплуатации фотоэлектриче ских модулей, изготовленных по стандартной технологии методом термо-вакуумного ламинирования с применением заполнителей на основе сополимеров этилена с винилацетатом (EVA), показывает, что реальный срок их эффективного использования не превышает лет в умеренном климате, 20 – в условиях сухого тропического кли мата и существенно снижается в условиях влажных тропиков.

Химический состав заполнителя на основе EVA обуславли вает целый ряд недостатков, присущих всем известным модифика циям пленок:

1. Нестабильность оптических характеристик при длительной эксплуатации и в условиях воздействия концентрированных потоков солнечного излучения.

2. Коррозионная активность.

3. Недостаточная адгезия.

4. Значительная энергоемкость процесса ламинирования.

Решение проблем, связанных с увеличением срока службы модулей в 1,5 – 2 раза, исключения экологически вредных факторов и снижение энергоемкости процессов капсулирования (герметиза ции) модулей может быть найдено только на пути разработки мате риалов-заполнителей на принципиально другой химической основе.

Анализ работ, проводимых основными мировыми произво дителями фотоэлектрических систем и материалов показывает су щественную активизацию в области создания новых материалов заполнителей [1, 2].

С точки зрения оптической прозрачности, широкого темпе ратурного диапазона эксплуатации и чистоты от ионогенных приме сей наиболее привлекательными являются кремнийорганические полимеры.

Начиная с 90-х годов прошлого века появились данные о по ложительном опыте испытаний и эксплуатации микросхем и полу проводниковых приборов, герметизированных так называемыми по лисилоксановыми гелями [3, 4].

Гели представляют собой трехмерную структуру, образую щуюся в процессе реакции низкомолекулярных полисилоксанов, содержащих диметил-метилвинилсилоксановые звенья со сшиваю щим агентом на основе смеси различных циклических и линейных гидридсилоксанов (гидросилилирование) в присутствии платиново го катализатора.

Структурные особенности получающегося вулканизата, а именно, сопоставимые по длине линейные участки полимерных це пей и поперечные мостики обуславливают ряд уникальных свойств, приобретаемых за счет сочетания свойств вязкой жидкости и твер дого тела.

Рис. 1. Принципиальная схема образования трехмерной структуры Анализ имеющихся литературных данных позволяет сфор мулировать следующие преимущества полисилоксановых гелей перед обычными вулканизатами низкомолекулярных силоксановых каучуков:

1. Высокие диэлектрические характеристики, их сохранение при низких температурах.

2. Возможность регулирования частоты сшивки и, следова тельно, вязкоупругих характеристик, в широком диапазоне.

3. Высокая степень чистоты по содержанию ионных примесей (10-4 – 10-6 % примесей Na, K, Ca, металлов переходных ва лентностей – Fe, Ni, Cd).

4. Отсутствие в геле внутренних механических напряжений.

5. Эффективное вибропоглощение.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |
 




Похожие материалы:

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) Открытое акционерное ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ им. Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ Министр сельского хозяйства Президент Российской академии Российской Федерации сельскохозяйственных наук _А. В. Гордеев _Г. А. Романенко 24 сентября 2003 г. 17 сентября 2003 г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ...»

«МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно- производственной конференции Москва 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно-производственной конференции, посвященной 40-летию начала осуществления широкомасштабной программы мелиорации Москва 2006 УДК 631.6 М 54 ...»

«ПЧЕЛОВОДСТВО А.Г МЕГЕДЬ В.П. ПОЛИЩУК Допущено Государственным агропромышленным комитетом Украинской ССР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальностям Пчеловодство и Зоотехния Киев Выща школа 1990 ББК 46.91я723 М41 УДК 638.1(075.3) Рецензенты: преподаватель М. И. Совкунец (Борзнянский совхоз-техникум Черни говской области), И. Ф. Доля (заведующий пчелофермой Республиканского учеб но-производственного комбината по пчеловодству) Переведено с издания: Мегедь О. Г., ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVII Докучаевские молодежные чтения посвященной 110-летию Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева НОВЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения посвященной 130-летию со дня выхода в свет книги Русский чернозем В.В. Докучаева ЗАКОНЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: НОВЫЕ ВЫЗОВЫ 4– 6 марта 2013 года ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения посвященной 150-летию со дня рождения Р.В. Ризположенского ПОЧВА КАК ПРИРОДНАЯ БИОГЕОМЕМБРАНА 1– 3 марта 2012 года Санкт-Петербург ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В.Докучаева ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СТРЕССОВ 1– 4 марта 2011 года Санкт-Петербург ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ АССОЦИАЦИЯ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ЗНАНИЯ МОЛОДЫХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И АПК СТРАНЫ Санкт-Петербург 2012 1 УДК: 619 (063) Материалы международной научной конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых Знания ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ ХІІ МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 18-20 мая 2011 года) В ТРЕХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 3 АГРОНОМИЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ЗООТЕХНИЯ ВЕТЕРИНАРИЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ К 60-летию вуза Гродно УО ГГАУ УДК 63 (06) ББК М Материалы ХІІ Международной студенческой научной конференции. – Гродно, 2011. – ...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Институт проблем экологии и недропользования АН РТ НАСЛЕДИЕ И.В. ТЮРИНА В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ПОЧВОВЕДЕНИИ Материалы международной научной конференции Казань, 15-17 октября 2013 г. И.В.Тюрин (1892-1962) Казань 2013 УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению Ученого совета Института фундаментальной медицины и биологии ФГБОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Наследие И.В. Тюрина в ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издательство Санкт-Петербургского университета 2012 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2012 УДК 631.4 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: Б.Ф. Апарин (председатель), Е.В. Абакумов, ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издательство Санкт-Петербургского университета 2009 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2009 УДК 631.4 + 577.34 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: И.А. Горлинский (председатель), Б.Ф. ...»

«X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 25-27 сентября 2013 г. г. Благовещенск АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ WWF РОССИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЮЗА АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ АФ БСИ ДВО РАН X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ 25-27 сентября ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЫ IX МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ 31 марта 2011 Димитровград 2011 г. УДК 631 Редакционная коллегия: Главный редактор Х.Х. Губейдуллин Научный редактор Т.А. Мащенко Редакционная коллегия И.И. Шигапов А.М. Кадырова ...»

«Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки (Россия) Германо-российский кооперационный проект Развитие и внедрение современных технологий производства молока и говядины в РФ III РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Перспективы развития сельского хозяйства: кормопроизводство и кормление КРС как предпосылка высокой продуктивности в молочном и мясном скотоводстве ...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина В.А. Марков, Е.С. Иванов, Е.А. Лупанов Биоразнообразие и охрана природы Учебное пособие Рязань 2009 ББК 20.1я73 М26 Печатается по решению учебно-методического совета Государ ственного образовательного учреждения высшего профессиональ ного образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина в соответствии с ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.