Анализ мощности фотоэлектрической станциии

АНАЛИЗ МОЩНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИИ

Крымов А. В., Никитин В. Д.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет
В работе [1] предлагается передвижная фотоэлектрическая станция (ФЭС) – модификация заявки US 2007283987 «Solar powered umbrella»; ФЭС предназначена в качестве мобильного источника электроэнергии, например, для холодильных установок. Цель настоящей работы – проверить, достаточна ли мощность ФЭС для питания подобных потребителей.

Падающая на зонт энергия пропорциональна площади проекции зонтичного полотна на плоскость, ортогональную солнечным лучам – независимо от реальной формы зонта и степени ее близости к полусфере. Меридиональное (продольное) сечение зонта представлено на рис. 1, проекция поверхности зонта на плоскость, перпендикулярную S дана на рис. 2. Ось зонта составляет с направлением на Солнце угол α. Проекция поверхности зонта на плоскость, ортогональную солнечным лучам состоит из серповидной фигуры LAKB, полуэллипса LBK (проекция области FO, полуось DO=R∙cosα) и равного ему полуэллипса LKC с полуосью EC=OC∙cosα.





Рис. 1. Солнечное излучение S на зонт и его продольное сечение

Рис. 2. Проекция поверхности зонта на плоскость перпендикулярную S



Площадь серповидной фигуры LAKB можно найти как разность площади полукруга LAK и полуэллипса LBK: , где . Однако в данном случае возможен элементарный подход, т.к. сумма площадей криволинейной фигуры LAKB и полуэллипса LBK равна площади полукруга LAK: . Следовательно, искомая площадь проекции на плоскость, перпендикулярную солнечным лучам: .

Плотность потока солнечного света в реальных условиях средних широт можно принять равной K₁=0,3 от солнечной постоянной (плотности излучения на земной орбите вне атмосферы, равной K₂=1,4 кВт/м²). Коэффициент преобразования солнечной энергии в электроэнергию примем K₃=0,13 [2].

Коэффициент заполнения фотоэлектрическими модулями (размеры: 0,7∙0,4=0,28 м²) зонтичной поверхности и, следовательно, экваториальной плоскости примем равным K₄=0,8. Тогда имеем:

.

Мощность ФЭС в функции P=P(R,α) для α=0 – 30 – 60 – 90° и R=0,5 – 1 – 1,5 – 2 м для P≤0,5 кВт представлена на рис. 3. На рис. 4 изображены линии равной мощности ФЭС (P≤1,5 кВт).
Рис. 3. Мощность ФЭС в функции радиуса зонта и угла падения излучения

Рис. 4. Изолинии мощности ФЭС P=P(R,α)
Авторы выражают признательность А. В. Бастрону за внимание к работе.
Список литературы

1. Бастрон А.В. Передвижная фотоэлектрическая станция // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции. – Красноярск: МВДЦ «Сибирь». – 2009. – С. 178-181.

2. Юрченко А.В. и др. Статистическая модель кремниевых солнечных батарей, работающих под воздействием природных и аппаратных факторов // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т.314. – №4. – С. 142-148.