В.В. ЛЫСЕНКО, М.Б. МАРАХОВСКИЙ, канд. техн. наук;
 М.В. ТРОХИН, НТУ «ХПИ»

ОЦЕНКА ГЕЛИОПОТЕНЦИАЛА МЕСТНОСТИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРИ ПОМОЩИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

Современный уровень энергопотребления промышленно развитых стран требует освоения дополнительных источников энергообеспечения. Традиционный путь – это строительство новых и реконструкции старых тепловых и атомных электростанций, что в свою очередь, увеличивает потребление топлива, запас которого ограничен. Альтернативным вариантом для выхода из создавшегося положения может быть наращивание мощности и строительство новых солнечных электростанций там, где это целесообразно.

Отметим некоторые особенности фотоэлектрического солнечного модуля (ФЭСМ), как источника электрической энергии. Выработка энергии зависит от следующих факторов: время года, времени суток, географическая широта места установки солнечной электростанции, климатические характеристики места установки.

Как известно, ФЭСМ является источником постоянного тока. Это обуславливает необходимость применения аккумуляторных батарей и инверторов, преобразующих постоянные ток и напряжение в переменные.

Современные серийно выпускаемые фотоэлектрические преобразователи имеют показатель удельной мощности порядка 100 Вт/м², что обуславливает значительные размеры оборудования.

При этом ФЭСМ остается дорогим источником электроэнергии (современная среднеевропейская цена составляет около 5 € за ватт установленной мощности и не имеет тенденции к существенному снижению).

В Украине солнечные модули продаются по ценам, достигающим 8 € за ватт. Такой набор свойств не позволяет в ближайшее время рассчитывать на заметное увеличение объемов выработки электроэнергии на фотоэлектрических станциях в условиях Украины. Однако, анализ географических и климатических условий Украины показывает наличие значительного гелиоэнергетического потенциала, в основном в период с апреля по октябрь. Количество часов солнечного сияния в году (по результатам многолетних наблюдений) составляет 2150-2450 часов в Крыму, 1690-1850 часов в Полесье и Лесостепи.

Фирмы производители рекомендуют располагать ФЭСМ неподвижно, под углом (в зависимости от географической широты местности) к горизонту, рабочей поверхностью на юг.

Однако, измерения показывают, что традиционно установленный ФЭСМ развивает номинальную мощность (более 0.8 P_max) лишь в течение 4 часов при 12 часовой инсоляции. Это связано с тем, что ФЭСМ чувствителен к изменению угла падения солнечных лучей на его рабочую поверхность.

Известно, что гелиостатированный (т.е. движущийся вслед за солнцем) ФЭСМ работает эффективнее неподвижного, однако, мнение специалистов об экономической и энергетической целесообразности гелиостатирования до сих пор существенно расходятся.

Коллективом авторов был поставлен эксперимент, целью которого являлось выяснение влияния гелиостатирования на эффективность работы ФЭСМ.

Были использованы два однотипных ФЭСМ типа KV010M12 производства ЗАО «Квазар», г. Киев, пиковой мощностью 10 Вт. ФЭСМ №1 был сориентирован на юг и наклонен к горизонту под углом 43°. ФЭСМ №2 был установлен на поворотной платформе. Положение платформы изменялось таким образом, чтобы рабочая поверхность ФЭСМ была нормальна к солнечным лучам в течение всего светового дня. Нагрузка обоих ФЭСМ была выбрана из условия максимальной отдаваемой мощности в полдень. Измерялись ЭДС, создаваемая ФЭСМ, напряжение, ток нагрузки и ток короткого замыкания. В результате измерений получены объемы суточной выработки электроэнергии каждым из ФЭСМ.

На рисунке 1 представлены графики дневного хода мощности ФЭСМ №1 и ФЭСМ №2 за световой день 14.09.2006 г. в условиях северо – запада Харьковской области.

До полудня наблюдалась легкая дымка, после полудня небо было полностью безоблачным. ФЭСМ №1 выработал 70,2 Вт ч электроэнергии, ФЭСМ №2 выработал соответственно, 106,7 Вт ч.

Для оценки возможной годовой выработки в рассматриваемой местности были использованы данные многолетних наблюдений, исходя из которых, количество часов солнечного сияния по месяцам составляет:

Расчетная величина выработки электроэнергии за период весна - осень ФЭСМ №1 составляет 10717 Вт ч, для ФЭСМ №2, соответственно 16313 Вт ч.

При подсчете за 25 лет эксплуатации (декларируемый производителями срок службы ФЭСМ) выработка соответственно составит: ФЭСМ №1 267925 Вт ч, и ФЭСМ №2 407825 Вт ч, без учета потерь и затрат на собственные нужды.

Как видно из приведенных данных, прирост выработки гелиостатированного ФЭСМ за время эксплуатации составляет 139,9 кВт ч, а относительный прирост составит 52%.

При условии применения для гелиостатирования ФЭСМ разработанного авторами безредукторного электропривода, затраты энергии составят 1,5 Вт ч в день, что соответствует 1,4 % от дневной выработки. За период эксплуатации 25 лет затраты энергии составят 5,76 кВт часов.

Исходя из полученных данных можно определить цену одного кВт ч электроэнергии без учета расходов на обслуживание. Цена кВт ч неподвижной батареи составляет 1,04 грн, гелиостатированной 0,68 грн (без учета стоимости привода).

Как видно гелиостатирование экономически целесообразно.

Для экспериментальной оценки гелиопотенциала конкретной точки на местности бы создан мобильный комплекс «АИС-СМ2», состоящий из двух солнечных батарей (пиковой мощностью от 2 до 20 Вт), поворотного азимутального механизма на базе высокомоментного низкооборотного двигателя с катящимся ротором, устройства слежения за расположением Солнца, регулируемого блока электрической нагрузки (0-40 Вт), программируемого микропроцессорного измерительно - управляющего блока с жидкокристаллическим дисплеем и интерфейсом RS-232/RS-485, источника вспомогательного электрического питания с зарядным устройством, элементов позиционирования на местности (компас, уровень, угломер), металлического корпуса.

При помощи разработанной установки, а также оригинальных методов обработки экспериментальных данных планируется оценить гелиопотенциал территории Крыма и Харьковской области, т.е. провести мониторинг потенциала солнечной энергии, необходимый для построения действующих гелиостатированных солнечных электростанций.