Содержание:

Введение………………………………………………………………………………………….6

1. Применение солнечной энергии……………………………………………………………8

   1. Солнце как источник энергии………………………………………………………….8

   2. Принцип действия солнечного элемента……………………………………………...9

   3. Проблемы нахождения и использования конструкций и материалов для солнечных элементов………………………………………………………………………………10

   4. Целесообразность применения солнечных элементов в России…………………...12

   5. Экономия энергии. Необходимая мощность солнечной электростанции………....12

   6. Основные элементы автономной солнечной электростанции……………………..13

      1. Солнечные модули……………………………………………………………...13

      2. Контроллер заряда……………………………………………………………...14

      3. Аккумуляторы…………………………………………………………………..14

      4. Инверторы………………………………………………………………………15

   7. Цели и задачи проводимых исследований…………………………………………..16

2. Исследовательская часть…………………………………………………………………...17

   1. Принципиальная схема установки…………………………………………………...17

   2. Устройство установки………………………………………………………………...18

   3. Исследование батареи солнечных элементов MSM 12-700………………………...25

      1. Построение вольтамперной характеристики и кривой мощности при различной плотности излучения………………………………………………...26

      2. Расчёт КПД солнечной батареи и коэффициента заполнения при различной плотности излучения……………………………………………………………..32

      3. Построение вольтамперной характеристики и кривой мощности для различного спектрального состава излучения………………………………….34

      4. Расчёт КПД солнечной батареи и коэффициента заполнения при различном спектральном составе падающего излучения…………………………………..39

      5. Исследование зависимости напряжения холостого хода и тока короткого замыкания солнечной батареи от угла её поворота по отношению к источнику света………………………………………………………………………………..41

      6. Исследование температурной зависимости напряжения холостого хода и тока короткого замыкания……………………………………………………….42

3. Исследование зарядки аккумулятора от солнечной батареи и определение КПД регулятора заряда, аккумулятора и инвертора…………………………………………...45

   1. Изучение процесса зарядки-разрядки аккумулятора. Определение КПД всей системы без солнечной батареи……………………………………………………....45

   2. Определение КПД инвертора………………………………………………………....49

   3. Определение КПД регулятора заряда и аккумулятора……………………………...51

   4. Определение суммарного КПД всей системы……………………………………….53

4. Направление дальнейших исследований и усовершенствования установки…………54

Заключение……………………………………………………………………………………...55

Введение

В последнее время широкое распространение получили устройства, использующие непосредственно солнечный свет как источник энергии. Солнечные элементы дешевеют в среднем на 4% в год, что объясняет растущий интерес в их использовании. Солнечные элементы объединяют в большие солнечные батареи, которые называются солнечными модулями, их используют для получения электроэнергии в больших масштабах. Значение фотоэлектричества всё больше возрастает, учитывая рост цен на традиционные ископаемые источники энергии. Один раз, заплатив за оборудование, можно долго получать энергию от солнца, так как эксплуатационные расходы очень малы и получаемую энергию можно считать почти бесплатной.

Существует ошибочное мнение, о малости солнечных ресурсов России для полноценного использования фотоэлектрических установок. Это не соответствует реальной картине, так как даже в средней полосе России солнечной энергии достаточно для круглогодичной работы солнечной электростанции, и к востоку страны солнечных ресурсов ещё больше. В Германии солнечной энергии меньше, чем в Московской области, но, уже несколько лет с успехом реализуется программа «Сто тысяч солнечных крыш», в рамках которой государство стимулирует развитие солнечной энергетики, выдавая дешёвые кредиты на покупку солнечных электростанций и покупая произведённую энергию по повышенным тарифам. Аналогичные программы действуют в Испании, США, Греции, Болгарии и других странах. Страны ЕЭС планируют довести производство электроэнергии от альтернативных и возобновляемых источников до 20% от всей произведённой энергии к 2020 году.

В некоторых частях России существует проблема дефицита мощностей, а иногда просто нет невозможности, чтобы подвести энергию к новым объектам. Поэтому в последнее время всё больше используют автономные солнечные электростанции и устройства бесперебойного электроснабжения с подпиткой от солнечной энергии.

Однако возникает ряд сложностей с применением солнечных элементов в системах энергоснабжения. Во-первых есть трудности с расчётом реальной производительности солнечных элементов, так как в реальных условиях они просто не способны выдавать те характеристики, которые описаны предприятием-изготовителем. На мощность, выдаваемую солнечным элементом влияет такие факторы, как широта местности, где расположена солнечная электростанция, угол наклона по отношению к Солнцу, спектральный состав излучения, погода, время суток и температура. Во-вторых при проектировании солнечной электростанции важно правильно рассчитать мощность её структурных элементов и их КПД, чтобы станция не вышла из строя из-за перегрузки отдельных её частей.

Для изучения проблемы применения батарей солнечных элементов и изучения их характеристик был собран стенд. На примере солнечной батареи MSM 12-700, установленной в стенде, изучены основные характеристики солнечной батареи и влияние внешних факторов на эти параметры. По сути стенд имитирует применение солнечной батареи в реальных условиях. Исследовав солнечный элемент или батарею солнечных элементов на стенде можно определить все его основные характеристики и построить ряд зависимостей от основных внешних влияющих параметров. Это важно, когда стоит вопрос о целесообразности применения данного солнечного элемента или батареи из таких элементов в объектах энергоснабжения.

Стенд содержит дополнительное оборудование: аккумулятор, регулятор заряда, инвертор, что позволяет изучать весь цикл работы автономной солнечной электростанции. Также есть возможность оценки КПД каждого из элементов цикла производства электричества из солнечной энергии и оценки эффективности его работы в конкретных условиях. [1], [5]