Centrais solares autónomas com concentradores de radiação solar. Esquema, descrição

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Instalações fotovoltaicas. Centrais solares autónomas com concentradores de radiação solar. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Usina solar autônoma (código GEM-1,5)mostrado na fig. 2.7, destina-se ao fornecimento de energia de um consumidor individual.

Instalações fotovoltaicas. Usinas solares autônomas com concentradores de radiação solar
Fig.2.7. Usina de energia solar GEM-1,5

As vantagens da instalação baseiam-se no uso de módulos fotovoltaicos em combinação com concentradores de espelho plano, que aumentam a eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica em 1,5 - 2 vezes e um sistema de rastreamento que fornece rastreamento automático do Sol do nascer ao pôr do sol e, assim, aumentou a "coleta de energia solar incidente.

A usina solar GEM-1,5 possui os seguintes parâmetros técnicos:

potência elétrica de saída de pico da instalação - 1,5 kW;
superfície de recepção de radiação solar - 25 m2;
o número de módulos fotovoltaicos projetados para gerar energia elétrica DC com potência de pico de 40 W a uma insolação de 1 kW/m2 - 25 peças;
fator de concentração -1,5-2;
rastreamento da posição do Sol - automático, com precisão não inferior a -2 °;
a geração de energia elétrica durante o dia pela instalação GEM-1,5 é três vezes maior em comparação com uma similar contendo instalados fixamente, por exemplo, na cobertura de um prédio, os módulos fotovoltaicos utilizados na instalação.

Instalação solar fotovoltaica autónoma (código SFEU-1), mostrado na Figura 2.8, fornece geração combinada de energia elétrica e térmica e destina-se a ser usado como um módulo de uma usina solar de projeto modular em bloco.

Instalações fotovoltaicas. Usinas solares autônomas com concentradores de radiação solar
Fig.2.8. Instalação solar fotovoltaica SFEU-1

O equipamento de instalação é instalado em uma plataforma giratória de eixo único com sistema de rastreamento automático do movimento do Sol, em dois braços dos quais estão localizados dois sistemas de concentração da radiação solar. Um deles (parte direita na Fig.) é constituído por um conjunto de espelhos planos, cuja área e forma da superfície correspondem à forma da superfície de um receptor-conversor fototérmico, composto por um conjunto de cristais monocristais elementos de silício conectados em série e formando uma fotocélula estendida ao longo do eixo do concentrador. O concentrador, ajustando seus espelhos constituintes, garante a iluminação uniforme de todos os elementos do receptor fototérmico e aumenta sua iluminação em 13 vezes.

O calor liberado durante a operação da saída do radiador do receptor fototérmico na forma de água aquecida entra no elemento de aquecimento de água, feito em forma de tubo, instalado no foco do concentrador localizado no outro braço da mesa giratória .

A instalação solar SFEU-1 tem os seguintes parâmetros técnicos:

potência elétrica de pico de saída - 0,8 kW e térmica - 10 kW com insolação 1000 W/m;
a área do sistema de concentração de recebimento de radiação solar da parte fotovoltaica - 24 m2 e 32 m2 - parte de aquecimento de água;
o coeficiente limitante de concentração da parte fotovoltaica: 12 com iluminação irregular no plano do fotodetector não é pior - 10% e 30 - a parte de aquecimento de água;
um receptor fototérmico tubular resfriado fornece um coeficiente de conversão de energia solar em energia elétrica não inferior a 10% e não inferior a 70% em energia térmica.

O sistema automatizado de rastreamento solar é alimentado por módulos fotovoltaicos do tipo MS-40, o que garante a autonomia da instalação (sem intervenção humana).

Instalação ultravioleta solar autónoma (código UV-05), apresentado na Fig. 2.9, destina-se a testes acelerados de materiais, tintas, revestimentos; para a destruição de contaminantes químicos, em particular, para a desinfecção de água potável. O concentrador da instalação, composto por 150 chanfros hexagonais planos com um círculo circunscrito de 420 mm, é montado sobre uma mesa giratória. A treliça parabolóide da instalação tem um diâmetro de cerca de 5 m com um raio de curvatura no topo de 6 m.

Instalações fotovoltaicas. Usinas solares autônomas com concentradores de radiação solar
Fig.2.9. Instalação ultravioleta solar autônoma UV-05

Para concentrar a parte UV do espectro solar necessária para irradiar a amostra, as facetas planas são feitas de vidro com um revestimento de interferência multicamadas que reflete a radiação solar em uma determinada faixa de comprimento de onda UV e transmite a radiação do restante do espectro solar. O reator-receptor da instalação é uma estrutura metálica maciça de seção retangular, em dois lados opostos dos quais são montadas placas tubulares para acomodar 16 tubos de vidro de quartzo localizados em duas fileiras, por onde passa o líquido processado por radiação UV. De referir que a instalação é totalmente autónoma e não necessita de fonte externa de eletricidade - quatro módulos fotovoltaicos com uma potência de pico de 40 W, cada um localizado no concentrador, asseguram totalmente o funcionamento do sistema automatizado de seguimento do Sol desde nascer ao pôr do sol com uma precisão não inferior a 2 °.

A capacidade da estação de tratamento de água é de até 1,5m3/hora. A eficiência da purificação da água de componentes biológicos nocivos em uma passagem com uma insolação de 500 W/m é de 70%.

Como se sabe, o efeito combinado, durante um longo período de tempo, da atmosfera e da radiação solar pode causar alterações irreversíveis (degradação ou envelhecimento natural) de uma vasta gama de materiais e produtos, por exemplo, alterações na cor dos edifícios e materiais de acabamento, revestimentos de tintas e vernizes e corantes têxteis, conhecidos como "burning out" ou "fading". Portanto, o uso de UV-05. como uma instalação para testes ultravioleta acelerados de vários materiais, pode reduzir o tempo de teste de envelhecimento de vários anos para várias semanas.

Usina de energia solar (código - GEU-5) apresentado na Fig. 2.10 destina-se a testar a tecnologia para obtenção de radiação solar altamente concentrada em um local compatível com o diâmetro das cavidades dos receptores de motores de calor real, por exemplo, unidades elétricas Stirling, turbinas geradoras de gás.

Instalações fotovoltaicas. Usinas solares autônomas com concentradores de radiação solar
Fig.2.10. Usina de energia solar GEU-5

O concentrador da central solar, que é um espelho composto com cerca de 5 metros de diâmetro, composto por 180 espelhos elementares de alumínio (chanfros) de forma hexagonal com diâmetro de círculo circunscrito de 420 mm. A faceta é um espelho esférico com seu próprio raio de curvatura, determinado por sua localização no concentrador. No total, o concentrador utiliza 7 tipos de facetas, respectivamente, localizadas em círculos concêntricos equidistantes de seu centro.

A usina solar GEM-5 possui os seguintes parâmetros técnicos:

diâmetro do concentrador de faceta composta -5 m;
facetas de alumínio com formato de superfície esférica no valor de 180 peças, dispostas ao longo da geratriz de um parabolóide em 7 fileiras;
forma e tamanho da faceta - hexagonal, diâmetro do círculo circunscrito - 420 mm;
tecnologia de processamento de superfície reflexiva de faceta - torneamento de diamante;
coeficiente de reflexão na faixa do espectro solar não é inferior a 85%;
fator de concentração calculado - 3100, que fornece o tamanho do feixe focalizado - 90 mm;
o valor calculado da energia térmica no foco do concentrador é de 12,3 kW para um nível de insolação de 1000 W/m;
a temperatura atingida no receptor da cavidade é de 550°C.

Autor: Magomedov A. M.

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