Разработка и исследование солнечного теплофотоэлектрического модуля с концентратором параболоидного типа

• Автор: Панченко, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С КОНЦЕНТРАТОРАМИ
1.1 Солнечные энергетические установки
1.2 Обзор концентраторов солнечной энергии
1.2.1 Отражающие концентраторы
1.2.2 Фацетные концентраторы
1.2.3 Параболоидные концентраторы
1.2.3.1 Методы изготовления параболоидных концентраторов
1.2.3.2 Электростанции на основе параболоидных концентраторов
1.3 Термодинамические преобразователи солнечной энергии
1.4 Системы охлаждения фотоприёмников
1.5 Системы слежения за Солнцем
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ С
КОНЦЕНТРАТОРОМ ПАРАБОЛОИДНОГО ТИПА И РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ
ПРИЁМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1 Методика расчёта профиля концентратора параболоидного типа с различными типами
приёмников солнечного излучения
2Л. 1 Теплофотоэлектрический приёмник в составе когенерационного модуля
2.1.2 Приёмник - двигатель Стирлинга
2.1.3 Фотоэлектрический приёмник, совмещённый с концентратором-радиатором
2.2 Методика расчёта теплового режима теплофотоэлектрического приёмника
когенерационной установки
2.2.1 Аналитический тепловой расчёт фотоприёмника
2.2.2 Методика теплового расчёта фотоприёмника в программной среде Апвув
2.2.3 Расчёт тепловых режимов радиаторов фотоприёмника при различных конструктивных
параметрах
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ПАРАБОЛОИДНОГО ТИПА
3.1 Разработка технологии изготовления концентратора параболоидного типа
3.2 Изготовление радиатора фотоэлектрического приёмника

3.3 Исследование теплофотоэлектрического солнечного модуля с концентратором
параболоидного типа
3.3.1 Обобщённые характеристики планарных и матричных солнечных модулей при
различных условиях освещения
3.3.2 Исследование распределения освещённости по поверхности теплофотоэлектрического приёмника
3.3.3 Исследование тепловых характеристик работы теплофотоэлектрического модуля
3.4 Исследование солнечного модуля с двигателем Стирлинга и различными
концентраторами солнечного излучения
3.4.1 Исследование теплового режима работы двигателя Стирлинга с воздушным и водяным охлаждениями совместно с параболоидным концентратором производства ОАО АлМет
3.4.2 Исследование тепловых режимов работы двигателя Стирлинга с концентраторами параболоидного типа и водяным охлаждением в натурных условиях
3.5 Сравнение выработки электроэнергии солнечными электростанциями с различивши
преобразователями солнечной энергии
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ ПАРАБОЛОИДНОГО ТИПА
4.1 Исследование областей применения солнечных энергетических установок
комбинированного типа
4.2 Технико-экономическое обоснование использования теплофотоэлектрических модулей для энергоснабжения автономных потребителей
4.2.1 Оценка стоимостных характеристик теплофотоэлектрического модуля
4.2.2 Оценка стоимости установки (поле модулей в виде сот) из теплофотоэлектрических
модулей на раме со следящей системой за Солнцем
4.2.3 Оценка стоимости установки (поле модулей в виде сот) из фотоэлектрических модулей на раме со следящей системой за Солнцем
4.2.4 Оценка стоимости установки с большим концентратором, площадь которого равна
площади рамы следящей системы (20 м2)
4.2.5 Оценка стоимости установки с концентратором для фотоэлектрической части приёмника
4.2.6 Влияние концентраторов на формирование стоимости солнечной фотоэлектрической установки

4.3 Энергетическая окупаемость установки
4.4 Оценка экономического эффекта от применения установки с концентратором
4.5 Экологические аспекты строительства и эксплуатации солнечных установок с
концентраторами
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Методика и алгоритм теплового расчёта фотоприёмника в программной
среде Апвув и тепловые режимы радиаторов, рассчитанные с её помощью
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Методика натурных испытаний солнечного модуля с цилиндрическим
фотоприёмником и концентраторами параболоидного типа
ПРИЛОЖЕНИЕ В Протокол натурных испытаний теплофотоэлектрического солнечного модуля с составным концентратором параболоидного типа и фотоэлементами, установленными
на цилиндрическом радиаторе с водяным охлаждением
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Акты о внедрениях и патент

переменном токе и в щелочных электролитах при напряжениях до 1000 В; отсутствие специальной подготовки поверхности; экологичность и неагрессивность электролитов; высокая микротвёрдость и износостойкость покрытий; высокая прочность сцепления покрытий с основой; низкая (до 2 — 3 %) пористость получаемых покрытий. Схема последовательности технологических операций при МДО (рисунок 1.27а) и блок-схема установок для МДО (рисунок 1.276) представлены ниже.
Покрываемые материалы АІ, Ті, Та, 1г, Мд и т.п.
Промывка пєрєд нонесением покрытия (обезжиривание)
МДО - процесс

Промывка после нанесением ПОКРЫТИЯ
Сыыка
Готовая продукция

Рисунок 1.27 - Последовательность технологических операций при МДО (а) и блок-схема
установок для МДО (б)
Исследования покрытий, получаемых с помощью МДО [98]. Для МДО-покрытий, получаемых на алюминиевых сплавах, характерны следующие данные [ 100 - 104]: толщина -до 400 мкм; пробойное напряжение - до 6000 В; прочность сцепления МДО-покрытий - 350 -380 МПа [105]; теплостойкость - до 2500 °С [106]; пористость - от 2 до 50 % (регулируемая);
По структуре МДО-покрытия на алюминии приближаются к корунду или сапфиру, в них также присутствуют нерастворимые оксиды элементов, входящих в состав электролита. Эти оксиды обладают высокими электроизоляционными свойствами. МДО-покрытия используются в качестве электроизоляционных теплопроводящих прослоек между алюминиевыми радиаторами и электронными приборами. В работе [106] проводились испытания МДО-подложек площадью 4 см2 и толщиной 100 мкм на радиаторе площадью 200 см2 и подложек из керамико-полимерного материала Иомаком-Ов толщиной 220 мкм. Результаты исследований приведены в таблице 1.2 [98].