Российские ученые создали солнечный модуль для автономных потребителей c концентратором энергии и системой слежения за Солнцем. Это устройство преобразует солнечное излучение в электрическую и тепловую энергию в полтора раза эффективнее существующих российских и зарубежных аналогов: оно производит на 50–70% больше тепловой энергии и на 30% — электрической. Установка может быть использована в частных домах или небольших фермерских хозяйствах.
Энергосбережение представляет собой одну из наиболее актуальных мировых проблем в области экономики и экологии. Поэтому ученые постоянно находятся в поиске новых источников энергии, а также совершенствуют существующие. Больших успехов на этом поприще достигли научные сотрудники из Федерального научного агроинженерного центра ВИМ. Они разработали установку, эффективность преобразования солнечной энергии которой выше, чем у аналогичных и российских, и зарубежных систем.
Устройство состоит из модулей преобразования солнечного излучения в электроэнергию и тепло, систем протока воды и слежения за Солнцем.
— В обычных солнечных батареях около 20% энергии солнечного излучения преобразуется в электричество, остальная часть просто рассеивается в пространстве, — рассказал один из авторов работы Леонид Сагинов. — В нашей же установке этот остаток солнечной энергии не теряется, а утилизируется в виде тепла — поглощаемое солнечное излучение нагревает воду до 70°C, и ее потом можно использовать для питья, мытья, отопления.
Устройство работает следующим образом. Солнечное излучение попадает на концентраторы, сделанные в форме изогнутых листов из алюминия со специальным покрытием, хорошо отражающим свет. Оттуда он попадает на фотоприемники, на которые наклеены небольшие кремниевые солнечные элементы. Часть энергии идет на выработку электричества. Также внутрь фотоприемника поступает вода, нагрев которой происходит от солнечных элементов. Благодаря треугольной форме фотоприемника общая температура вытекающей жидкости выше, чем если бы элемент был прямоугольным, — зауженный конец детали нагревается быстрее и сильнее, чем его остальная часть.
По словам разработчиков, такая конструкция увеличивает концентрацию падающего излучения примерно в десять раз по сравнению с обычной солнечной батареей, а снижение общей стоимости устройства доходит до 30–40%.
Модули устанавливаются на специальной раме, положение которой контролирует автоматическая система слежения за Солнцем.
— На сегодняшний день только зарубежные промышленные солнечные электростанции и установки обеспечены устройствами слежения за Солнцем, — пояснил заведующий лабораторией солнечной энергетики ВИМ Владимир Майоров. — Мы первыми создали солнечный теплофотоэлектрический модуль с концентратором и системой слежения за Солнцем для автономных потребителей, например для частного дома или небольшого фермерского хозяйства.
По сравнению с существующими промышленными солнечными модулями, произведенными за рубежом, годовая выработка электроэнергии новой установки в полтора раза больше. За счет концентрирования солнечного излучения на фотоприемниках и их особой формы, использования устройства слежения за Солнцем устройство производит на 50–70% больше тепловой энергии и на 30% — электрической.
— Крупные и мощные установки вроде этой требуют значительных затрат при установочных работах, — отметил инженер Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» Данила Саранин. — На сегодняшний день и без того низкая доля концентраторных фотопреобразователей на рынке уменьшается, так как представлены более дешевые и легковесные аналоги, имеющие меньшие сроки окупаемости, — например, двусторонние панели на кремниевых гетероструктурах. Однако представленный комплекс энергоустановки может быть с успехом использован в местах с полным отсутствием центральных электросетей, так как небольшие солнечные батареи не могут обеспечить электроэнергией частный дом или хозяйство.
На данный момент исследователи работают над повышением эффективности концентраторов для увеличения продуктивности работы солнечного модуля. Также в планах разработчиков переход на 3D-печать при изготовлении большей части созданной установки.