Разработка и исследование преломляющих фотоэлектрических установок

• Автор: Бавин, Максим Радомирович
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАНОГО СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1.1 История развития солнечной фотоэнергетики

1.2 Современное состояние развития солнечной энергетики

1.3 Фотоэлектрические установки на основе стационарных концентраторов

1.4 Фотоэлектрические установки на основе линз Френеля

1.5 Фотоэлектрические установки на основе голографических концентраторов.

1.6 Постановка задачи диссертации

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОЛОГРАММНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Голограммные микрооптические элементы для солнечных фотоэлектрических установок
2.2 Методика расчета основных параметров голограммных оптических элементов в узком диапазоне углов падения излучения
2.3 Методика расчета основных параметров голограммных оптических элементов в широком диапазоне углов падения излучения
2.4 Исследования эффективности работы голографических элементов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО КОНЦЕНТАТОРА
3.1 Моделирование хода лучей в фотоэлектрическом модуле с голографическим концентратором
3.2 Методика определения рабочей температуры фотоэлемента
3.3 Моделирование эффективности работы СФЭУ на основе голографического концентратора
3.4 Определение электрических параметров СФЭУ с голографическим концентратором
3.5 Технико-экономическая оценка производства СФЭУ на основе голографического
концентратора
Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СФЭУ НА ОСНОВЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТОРА
4.1 Анализ баз данных актинометрической информации для солнечной энергетики
4.1.1 Источники исходной информации для солнечной энергетики
4.1.2 Оценка актинометрических данных представленных в Научно прикладном справочнике по климату СССР
4.1.3 Анализ погрешности метода расчета характеристик солнечной радиации в базе данных «МЕТЕОЖЖМ 4.
4.2 Методика определения энергетических параметров СФЭУ на основе голографического концентратора в реальных условиях работы
4.2.1 Определение прямой составляющей солнечного излучения, преобразуемого СФЭУ с голографическим концентратором
4.2.2 Определение диффузной составляющей солнечного излучения, преобразуемого СФЭУ с голографическим концентратором
4.2.3 Определение отраженной составляющей солнечного излучения, преобразуемого СФЭУ с голографическим концентратором
4.3 Определение выработки электроэнергии солнечной фотоэлектрической установкой с голографическим концентратором в реальных условиях работы
4.4 Оценка экономической эффективности применения фотоэлектрических батарей с
голографическим концентратором
4.5 Экологические аспекты строительства и эксплуатации солнечных установок с концентраторами
Выводы по главе
ЗАЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Одной из характерных особенностей современного этапа развития человечества является быстрый рост энергопотребления. Электроэнергия представляет собой наиболее совершенный вид энергии, легко доставляемый потребителю и преобразуемый в другие виды энергии. Выработка электроэнергии традиционными способами путем сжигания топлива на тепловых и атомных электростанциях сопровождается химическим и радиационным загрязнением окружающей среды. При этом возникает также проблема «теплового загрязнения» Земли, поскольку сегодня бесспорным является заключение о том, что для предотвращения необратимых изменений климата планеты суммарная выработка энергии не должна превышать —1 % от всей энергии, приходящей на Землю от Солнца. Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза откроет человечеству доступ к неограниченному источнику энергии, однако перечисленные выше недостатки в той или иной степени будут присущи и термоядерным электростанциям. Эти причины и вынуждают активно разрабатывать в настоящее время нетрадиционные способы получения электроэнергии.
Наиболее привлекательным является удовлетворение возрастающих энергетических потребностей человечества за счет возобновляемых источников энергии, в первую очередь за счет целенаправленного использования и преобразования энергии Солнца.
Солнечное излучение представляет собой практически неисчерпаемый источник энергии. Спектр излучения Солнца близок к спектру абсолютно черного тела, нагретого до температуры -5800 К, что намного превышает температуру окружающей среды, при которой это излучение используется (-300 К). Последнее означает, что предельный термодинамический КПД преобразователя солнечного излучения может быть близок к 100 %. Таким образом, солнечное излучение является экологически чистым, доступным источником энергии, обладающим высоким энергетическим потенциалом.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОЛОГРАММНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
2.1 Голограммные микрооптические элементы для солнечных фотоэлектрических установок.
Голограммный оптический элемент (ГОЭ) - это обобщенное название различных оптических элементов, воздействие которых на волновой фронт основано на дифракции излучения. Голограммный микрооптический элемент - это класс голограммных оптических элементов, размеры структуры (период, высота рельефа) которых не превышают микрометра. Голограммный микрооптический элемент чаще всего представляет собой плоскую стеклянную подложку, на одной из сторон которой сформирована дифракционная микроструктура, которая вносит фазовую задержку за счет модуляции коэффициента пропускания или высоты микрорельефа. Простейшими примерами голограммных микрооптических элементов являются дифракционная решетка и зонная пластинка Френеля.
Г олограммный микрооптический элемент (как и голограммный оптический элемент) производится путем записи определенного типа голограммы в объемном фоточувствительном материале. Пучок, падающий на такой голограммный элемент, дифрагирует благодаря модуляции показателя преломления внутри проявленных фоточувствительных слоев.
После проведенного патентного поиска [50,51,52] можно заключить, что наиболее подходящей реализацией голограммного микрооптического элемента для элементов солнечных батарей является многоуровневая дифракционная решетка, т.к. голограммные микрооптические элементы, выполненные по принципу линз и т.п. и обладающие оптической силой вносят существенные аберрации и искажают передаваемое посредством системы изображение.
На основе многоуровневой дифракционной решетки была разработана принципиальная схема коллиматорной системы, включающая в себя на