Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar. Esquema, descripción

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Instalaciones fotovoltaicas. Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Planta solar autónoma (código GEM-1,5)mostrado en la fig. 2.7, está destinado al suministro de energía de un consumidor individual.

Instalaciones fotovoltaicas. Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar
Figura 2.7. Planta de energía solar GEM-1,5

Las ventajas de la instalación se basan en el uso de módulos fotovoltaicos en combinación con concentradores de espejos planos, que aumentan entre 1,5 y 2 veces la eficiencia de convertir la energía solar en energía eléctrica y un sistema de seguimiento que proporciona un seguimiento automático del Sol desde el amanecer hasta el amanecer. puesta del sol y, por lo tanto, aumentó la "recolección de energía solar incidente".

La planta de energía solar GEM-1,5 tiene los siguientes parámetros técnicos:

potencia eléctrica máxima de salida de la instalación - 1,5 kW;
superficie receptora de radiación solar - 25 m2;
el número de módulos fotovoltaicos diseñados para generar energía eléctrica DC con una potencia máxima de 40 W a una insolación de 1 kW/m2 - 25 piezas;
factor de concentración -1,5-2;
seguimiento de la posición del Sol: automático, con una precisión no inferior a -2 °;
la generación de energía eléctrica durante el día por parte de la instalación GEM-1,5 es tres veces superior en comparación con una similar que contenga instalados de forma fija, por ejemplo, en la cubierta de un edificio, los módulos fotovoltaicos utilizados en la instalación.

Instalación solar fotovoltaica autónoma (código SFEU-1), que se muestra en la Figura 2.8, proporciona generación combinada de energía eléctrica y térmica y está diseñado para usarse como módulo de una estación de energía solar de diseño modular en bloque.

Instalaciones fotovoltaicas. Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar
Figura 2.8. Instalación solar fotovoltaica SFEU-1

El equipo de la instalación está instalado sobre una mesa giratoria de un solo eje con sistema de seguimiento automático del movimiento del Sol, sobre dos brazos de los cuales se ubican dos sistemas concentradores de radiación solar. Uno de ellos (parte derecha en la Fig.) está formado por un conjunto de espejos planos, cuyo área y forma de la superficie corresponde a la forma de la superficie de un receptor-convertidor fototérmico, compuesto por un conjunto de monocristales elementos de silicio conectados en serie y formando una fotocélula extendida a lo largo del eje del concentrador. El concentrador, al ajustar sus espejos constituyentes, asegura una iluminación uniforme de todos los elementos del receptor fototérmico y aumenta su iluminación en 13 veces.

El calor liberado durante el funcionamiento desde la salida del radiador del receptor fototérmico en forma de agua calentada ingresa al elemento calentador de agua, hecho en forma de tubería, instalado en el foco del concentrador ubicado en el otro brazo de la plataforma giratoria .

La instalación solar SFEU-1 tiene los siguientes parámetros técnicos:

potencia eléctrica máxima de salida - 0,8 kW y térmica - 10 kW con una insolación de 1000 W/m;
el área del sistema de concentración de la parte fotovoltaica que recibe la radiación solar - 24 m2 y 32 m2 - la parte de calentamiento de agua;
el coeficiente de concentración límite de la parte fotovoltaica: 12 con iluminación desigual en el plano del fotodetector no es peor - 10%, y 30 - la parte de calentamiento de agua;
un receptor fototérmico tubular refrigerado proporciona un coeficiente de conversión de energía solar en energía eléctrica no inferior al 10% y no inferior al 70% en energía térmica.

El sistema de seguimiento solar automatizado está alimentado por módulos fotovoltaicos del tipo MS-40, lo que asegura la autonomía de la instalación (sin intervención humana).

Instalación solar ultravioleta autónoma (código UV-05), presentado en la Fig. 2.9, está diseñado para pruebas aceleradas de materiales, pinturas, recubrimientos; para la destrucción de contaminantes químicos, en particular, para la desinfección del agua potable. El concentrador de la instalación, formado por 150 biseles hexagonales planos con un círculo circunscrito de 420 mm, está montado sobre una mesa giratoria. La armadura paraboloide de la instalación tiene un diámetro de unos 5 m con un radio de curvatura en la parte superior de 6 m.

Instalaciones fotovoltaicas. Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar
Figura 2.9. Instalación solar ultravioleta autónoma UV-05

Para concentrar la parte UV del espectro solar necesaria para irradiar la muestra, las caras planas están hechas de vidrio con un revestimiento de interferencia multicapa que refleja la radiación solar en un rango de longitud de onda UV determinado y transmite la radiación del resto del espectro solar. El reactor-receptor de la instalación es una estructura metálica maciza de sección rectangular, en dos lados opuestos de los cuales se montan placas tubulares para alojar 16 tubos de vidrio de cuarzo ubicados en dos filas, a través de los cuales pasa el líquido procesado por radiación UV. Cabe señalar que la instalación es completamente autónoma y no requiere una fuente externa de electricidad: cuatro módulos fotovoltaicos con una potencia máxima de 40 W, cada uno ubicado en el concentrador, aseguran completamente el funcionamiento del sistema de seguimiento automatizado para el Sol desde amanecer hasta el atardecer con una precisión de no menos de 2 °.

La capacidad de la planta de tratamiento de agua es de hasta 1,5 m3/hora. La eficiencia de la purificación del agua a partir de componentes biológicos nocivos en una sola pasada con una insolación de 500 W/m es del 70 %.

Como es sabido, el efecto combinado, durante un largo período de tiempo, de la atmósfera y la radiación solar puede provocar cambios irreversibles (degradación o envejecimiento natural) de una amplia gama de materiales y productos, por ejemplo, cambios en el color de la construcción y materiales de acabado, revestimientos de pinturas y barnices y tintes textiles, conocidos como "quemados o desvanecidos". Por lo tanto el uso de UV-05. como una instalación para la prueba ultravioleta acelerada de varios materiales, puede reducir el tiempo para la prueba de envejecimiento del material de varios años a varias semanas.

Planta de energía solar (código - GEU-5) presentado en la Fig. 2.10 está destinado a probar la tecnología para obtener radiación solar altamente concentrada en un lugar acorde con el diámetro de los receptores de cavidad de motores térmicos reales, por ejemplo, unidades eléctricas Stirling, turbinas generadoras de gas.

Instalaciones fotovoltaicas. Plantas solares autónomas con concentradores de radiación solar
Figura 2.10. Planta de energía solar GEU-5

El concentrador de la planta de energía solar, que es un espejo compuesto con un diámetro de unos 5 metros, compuesto por 180 espejos elementales de aluminio (biseles) de forma hexagonal con un círculo circunscrito de 420 mm de diámetro. La faceta es un espejo esférico con su propio radio de curvatura, determinado por su ubicación en el concentrador. En total, el concentrador utiliza 7 tipos de facetas, respectivamente, ubicadas en círculos concéntricos equidistantes de su centro.

La planta de energía solar GEM-5 tiene los siguientes parámetros técnicos:

diámetro del concentrador de facetas compuestas -5 m;
facetas de aluminio con forma de superficie esférica en la cantidad de 180 piezas, colocadas a lo largo de la generatriz de un paraboloide en 7 filas;
forma y tamaño de la faceta - hexagonal, diámetro del círculo circunscrito - 420 mm;
tecnología de procesamiento de superficies reflectantes de facetas - torneado de diamantes;
el coeficiente de reflexión en el rango del espectro solar no es inferior al 85%;
factor de concentración calculado - 3100, que proporciona el tamaño del haz enfocado - 90 mm;
el valor calculado de energía térmica en el foco del concentrador es de 12,3 kW a un nivel de insolación de 1000 W/m;
la temperatura alcanzada en la cavidad receptora es de 550°C.

Autor: Magomedov A.M.

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