Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire. Schéma, description

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Installations photovoltaïques. Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Centrale solaire autonome (code GEM-1,5)montré sur la fig. 2.7, est destiné à l'alimentation électrique d'un consommateur individuel.

Installations photovoltaïques. Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire
Fig.2.7. Centrale solaire GEM-1,5

Les avantages de l'installation reposent sur l'utilisation de modules photovoltaïques en combinaison avec des concentrateurs à miroirs plats, qui augmentent l'efficacité de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique de 1,5 à 2 fois et un système de suivi qui assure le suivi automatique du Soleil du lever du soleil au coucher du soleil et ainsi augmenter la « collecte de l'énergie solaire incidente ».

La centrale solaire GEM-1,5 a les paramètres techniques suivants :

puissance électrique de sortie de pointe de l'installation - 1,5 kW;
surface recevant le rayonnement solaire - 25 m2;
le nombre de modules photovoltaïques conçus pour générer de l'énergie électrique CC avec une puissance maximale de 40 W pour un ensoleillement de 1 kW/m2 - 25 pièces ;
facteur de concentration -1,5-2 ;
suivi de la position du Soleil - automatique, avec une précision d'au moins -2 °;
la production d'énergie électrique pendant la journée par l'installation GEM-1,5 est trois fois supérieure à celle d'une installation similaire contenant des modules photovoltaïques installés de manière fixe, par exemple sur le toit d'un bâtiment, utilisés dans l'installation.

Installation solaire photovoltaïque autonome (code SFEU-1), illustré à la figure 2.8, permet une production combinée d'énergie électrique et thermique et est destiné à être utilisé comme module d'une centrale solaire de conception modulaire en blocs.

Installations photovoltaïques. Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire
Fig.2.8. Installation solaire photovoltaïque SFEU-1

L'équipement d'installation est installé sur un plateau tournant à un axe doté d'un système de suivi automatique du mouvement du Soleil, sur deux bras duquel se trouvent deux systèmes concentrant le rayonnement solaire. L'un d'eux (partie droite de la Fig.) est constitué d'un ensemble de miroirs plans dont l'aire et la forme de la surface correspondent à la forme de la surface d'un récepteur-convertisseur photothermique, composé d'un ensemble de monocristallins. éléments en silicium connectés en série et formant une photocellule étendue le long de l'axe du concentrateur. Le concentrateur, en ajustant ses miroirs constitutifs, assure un éclairage uniforme de tous les éléments du récepteur photothermique et augmente son éclairage de 13 fois.

La chaleur dégagée lors du fonctionnement depuis la sortie du radiateur du récepteur photothermique sous forme d'eau chauffée pénètre dans l'élément chauffant à eau, réalisé sous la forme d'un tuyau, installé au foyer du concentrateur situé sur l'autre bras du plateau tournant .

L'installation solaire SFEU-1 a les paramètres techniques suivants :

puissance électrique de pointe de sortie - 0,8 kW et thermique - 10 kW à une insolation de 1000 XNUMX W/m ;
la superficie du système de concentration de la partie photovoltaïque recevant le rayonnement solaire - 24 m2 et 32 m2 - la partie chauffage de l'eau ;
le coefficient limite de concentration de la partie photovoltaïque : 12 avec un éclairage inégal dans le plan du photodétecteur n'est pas pire - 10 %, et 30 - la partie chauffe-eau ;
un récepteur photothermique tubulaire refroidi fournit un coefficient de conversion de l'énergie solaire en énergie électrique non inférieur à 10 % et non inférieur à 70 % en énergie thermique.

Le système de suivi solaire automatisé est alimenté par des modules photovoltaïques de type MS-40, ce qui assure l'autonomie de l'installation (sans intervention humaine).

Installation ultraviolette solaire autonome (code UV-05), présenté sur la Fig. 2.9, est destiné aux tests accélérés des matériaux, peintures, revêtements ; pour la destruction des contaminants chimiques, notamment pour la désinfection de l'eau potable. Le concentrateur de l'installation, constitué de 150 biseaux hexagonaux plats de cercle circonscrit à 420 mm, est monté sur un plateau tournant. La ferme paraboloïde de l'installation a un diamètre d'environ 5 m avec un rayon de courbure au sommet de 6 m.

Installations photovoltaïques. Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire
Fig.2.9. Installation ultraviolette solaire autonome UV-05

Pour concentrer la partie UV du spectre solaire nécessaire à l'irradiation de l'échantillon, les facettes plates sont constituées de verre avec un revêtement interférentiel multicouche qui reflète le rayonnement solaire dans une plage de longueurs d'onde UV donnée et transmet le rayonnement du reste du spectre solaire. Le réacteur-récepteur de l'installation est une charpente métallique massive de section rectangulaire, sur deux côtés opposés de laquelle sont montées des plaques tubulaires pour accueillir 16 tubes en verre de quartz disposés sur deux rangées, à travers lesquels passe le liquide traité par rayonnement UV. A noter que l'installation est totalement autonome et ne nécessite pas de source d'électricité externe - quatre modules photovoltaïques d'une puissance crête de 40 W, chacun situé sur le concentrateur, assurent pleinement le fonctionnement du système automatisé de suivi du Soleil depuis du lever au coucher du soleil avec une précision d'au moins 2°.

La capacité de la station d’épuration peut atteindre 1,5 m3/heure. L'efficacité de la purification de l'eau des composants biologiques nocifs en un seul passage à une insolation de 500 W/m est de 70 %.

Comme on le sait, l'effet combiné, sur une longue période, de l'atmosphère et du rayonnement solaire peut provoquer des changements irréversibles (dégradation ou vieillissement naturel) d'une large gamme de matériaux et de produits, par exemple des changements dans la couleur des bâtiments et matériaux de finition, revêtements de peinture et de vernis et teintures textiles, connus sous le nom de « brûlage ou « décoloration ». D'où l'utilisation d'UV-05. en tant qu'installation permettant d'effectuer des tests ultraviolets accélérés sur divers matériaux, elle peut réduire la durée des tests de vieillissement des matériaux de plusieurs années à plusieurs semaines.

Centrale solaire (code - GEU-5) présenté sur la figure 2.10 est destiné à tester la technologie permettant d'obtenir un rayonnement solaire hautement concentré dans un endroit proportionné au diamètre des récepteurs à cavité de moteurs thermiques réels, par exemple des unités électriques Stirling, des turbines de générateurs de gaz.

Installations photovoltaïques. Centrales solaires autonomes avec concentrateurs de rayonnement solaire
Fig.2.10. Centrale solaire GEU-5

Le concentrateur de la centrale solaire, qui est un miroir composite d'un diamètre d'environ 5 mètres, composé de 180 miroirs élémentaires en aluminium (biseaux) de forme hexagonale de cercle circonscrit de diamètre 420 mm. La facette est un miroir sphérique possédant son propre rayon de courbure, déterminé par son emplacement sur le concentrateur. Au total, le concentrateur utilise respectivement 7 types de facettes situées sur des cercles concentriques équidistants de son centre.

La centrale solaire GEM-5 a les paramètres techniques suivants :

diamètre du concentrateur de facettes composite -5 m ;
facettes en aluminium de forme de surface sphérique au nombre de 180 pièces, posées le long de la génératrice d'un paraboloïde sur 7 rangées ;
forme et taille des facettes - hexagonal, diamètre du cercle circonscrit - 420 mm ;
technologie de traitement de surface réfléchissante à facettes - tournage au diamant;
le coefficient de réflexion dans la gamme du spectre solaire n'est pas inférieur à 85 % ;
facteur de concentration calculé - 3100, qui fournit la taille du faisceau focalisé - 90 mm ;
la valeur calculée de l'énergie thermique au foyer du concentrateur est de 12,3 kW pour un niveau d'ensoleillement de 1000 XNUMX W/m ;
la température atteinte dans la cavité réceptrice est de 550°C.

Auteur : Magomedov A.M.

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