Конкурс молодежных творческих работ по применению возобновляемых источников энергии в городской среде

Солнечно-дизельные станции с применением систем ориентации и концентрации

Номинация:
Название проекта:
Солнечно-дизельные станции с применением систем ориентации и концентрации
1
Название проекта

Работа является логическим продолжением проекта с учётом знаний, полученных на стажировке в Германии в области солнечной энергетики от партнёрства "ЕВРОСОЛАР русская секция", а также с условием установки на реальные (не учебно-лабораторные) места своего региона.

В настоящее время солнечная энергетика растёт по экспоненциальной зависимости - на 20-30% ежегодно. За 2014 год было введено 47ГВт солнечных мощностей, тогда как в 2013 году эта цифра равнялась 30ГВт. Особенно актуален этот вид автономной энергии в районах с децентрализованным электроснабжением. В России от централизованного электроснабжения отрезано порядка 70% территории страны, на которой проживает более 20 млн. человек. В этих районах в большинстве своём используются дизельные установки, во многих районах стоимость вырабатываемой электроэнергии доходит до 50руб за КВт*ч и более. В связи с этим применение солнечных установок весьма актуально. Такие системы не только эффективны но и могут быть экономически выгодны, особенно в таких регионах как Сибирь, Якутия, Забайкалье, Юго-Восточная и Восточная Сибирь.

Тем не менее, в настоящий момент солнечная энергетика имеет несколько проблем, из которых основные две:

1)относительно невысокая эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую в течение дня

2)высокая стоимость солнечных установок и, как следствие, довольно большой срок их окупаемости

Для решения данных проблем мы предлагаем использовать следующие наши изобретения:

1) Акриловый концентратор - оптическая система, выполненная преимущественно из акрила. Позволяет собирать солнечную энергию с большей площади и направлять её на меньшую площадь. Как сказал нобелевский лауреат Жорес Алфёров - за концентрирующими системами будущее солнечной энергетики. Предлагаемый нами концентратор имеет ряд преимуществ в сравнении со своими аналогами:

-низкая себестоимость

-концентратор очень лёгкий

-размеры и толщина как у обычных солнечных панелей

-в данном концентраторе не скапливается конденсат

-концентратор не требует систем охлаждения

-для работы концентратору не требуется точного наведения на солнце

Применение нашего концентратора позволит значительно снизить себестоимость солнечных панелей, так как он позволяет получить ту же мощность, используя в 7 раз меньше солнечных элементов!

На концентратор получен патент, имеется опытный образец

2)Солнечный трекер. Трекер - устройство, позволяющие вращать солнечные панели или концентратор, направляя их на солнце. Мы предлагаем наш уникальный трекер, обладающий рядом конкурентных преимуществ в сравнении с аналогами, что подтверждается патентом на него "Солнечная установка", заявка на который была подана в июле 2014 года. Патент составлялся с учётом бесед с профессором Клаусом Тиссеном, коллегой Жореса Алфёрова, а также наблюдений и изучений разработанного ими трекера (RU 2286517 C1, МПК F24J2/42 (2006.01), опубл. 27.10.2006). Данный трекер описывается в нашей заявке в качестве одного из аналогов для нашего собственного устройства. Нам удалось улучшить трекер по нескольким ключевым параметрам, таким как снижение энергопотребления установки и улучшения возможностей поворота без требований к подстилающей поверхности.

Трекер превосходит не только свои аналоги, но и свой собственный прототип прошлого года благодаря разработанной новой плате управления, позволяющей ещё больше повысить точность наведения, снизить энергопотребление, улучшить арсенал ручной настройки вращения пользователем. Так же установка питается напрямую от аккумулирующего блока благодаря встроенному коллекторному двигателю постоянного тока, не требуя инверторов и контроллеров заряда, что делает  систему проще, дешевле и надёжней.

Основные преимущества трекера со своими аналогами:

-более широкий угол поворота, что позволяет повысить уровень выработки электроэнергии в вечерние и утренние часы

-установка даёт более высокое увеличение производительности (до 40%) в сравнении с аналогами

-систему возможно регулировать и настраивать пользователем без специальных умений

-себестоимость установки ниже аналогов

-трекер требует значительно более редкое обслуживание

Имеется опытный образец, заканчивается доработка установок для промышленного производства (мощностью по 400Вт).

3) Не смотря на снижение стоимости солнечных панелей, в Технопарке Берлин-Адлерсхоф владельцами солнечных установок был озвучен также ещё один фактор, который значительно влияет на применение данного вида энрегии и даже обонкротил часть из них - крайне высокие затраты на аккумуляторы. Срок службы свинцовых аккумуляторов всего около 3х лет, а их стоимость часто может составлять порядка половины цены солнечной станции для объектов, требующих бесперебойного питания.

Так как сейчас на большинстве таких объектов установлены дизельные станции, то мы предлагаем использовать совмещённые солнечно-дизельные станции. Для таких установок устанавливается только минимальное количество аккумуляторов на 2-3 часа бесперебойного питания, что примерно в 20-30 раз меньше чем для стандартных солнечных станций. Выработка электроэнергии осуществляется преимущественно за счёт солнечных установок, составляя примерно 80% от общей выработки. Дизель-генераторы включается в основном только в поздние вечерние часы и аномально пасмурные дни. В результате с учётом применяемых трекера и концентратора достигается максимальная экономическая выгода и низкие сроки окупаемости - стоимость вырабатываемой электроэнергии в перерасчёте на КВт*ч может достигать в некоторых районах 4-5 руб/ кВт*ч, что в 10 раз меньше аналогичных классических дизельных станций. Достигается это  свою очередь за счёт разработанного нами системы управления всем комплексом, позволяющей обеспечить максимально экономичный режим работы по специально разработанному алгоритму, который показал себя эффективней аналогов (которых у нас в стране практически нет).

В итоге предлагаемый мной проект позволяет снизить стоимость солнечных установок во всех основных аспектах, увеличить собираемую ими мощность, а также наиболее эффективно совместить их с дизельными установками, обеспечив минимальное количество шума и выброса газов в атмосферу от работы таких установок в 5-8 раз.

Данный проект поддержан грантом фонда содействия инновациям в размере 400 тыс. рублей. Получен заказ на установку такой станции около Богашёвской школы Томского района (главный заказчик - администрация Томской области). Получен заказ на модернизацию дизельной станции посёлка от Томского центра ресурсосбережения и энергоэффективности.