Повышение эффективности кремниевых фотоэлектрических элементов при использовании пассивного охлаждения


Авторы

Аль-Малики М. Н.1*, Юферев Л. Ю.2**, Якимович Б. А.1***, Кувшинов В. В.1****

1. Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия
2. Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва, Россия

*e-mail: hassamal817@gmail.com
**e-mail: leouf@ya.ru
***e-mail: yakimovich52@gmail.com
****e-mail: кuvshinov.vladimir@gmail.com

Аннотация

Использование фотоэлектрических преобразователей для авиационной и космической промышленности является очень важной задачей. В частности, на комических аппаратах и станциях это основной источник электрической энергии. При этом при работе полупроводниковых фотоэлементов постоянно возникают какие-нибудь недостатки, авторы данной работы предлагают некоторые решения этой проблемы. Например, перегрев фотопреобразователей приводит к падению их КПД и снижению энергетических характеристик. Для решения этой задачи авторами был предложен интересный способ уменьшения таких последствий. В работе были проведены теоретические и экспериментальные исследования, проведены необходимы расчеты и сделаны качественные предложения. В данном исследовании проанализировано влияние пассивного охлаждения на эффективность фотогальванических элементов на основе кремния. Фотоэлектрический элемент (ФЭ) подвергался отводу тепла за счет использования алюминиевого радиатора. Определение размеров радиатора основано на результатах анализа стационарного теплообмена. Экспериментальные исследования проводились при различных температурах окружающей среды и уровнях освещенности вплоть до одного солнца с использованием имитатора солнца. Основываясь на эмпирических данных, полученных в результате применения этой методологии охлаждения, эффективность фотогальванического элемента в преобразовании световой энергии в электрическую значительно повышается. Эффективность фотоэлемента увеличивается на 20% при воздействии излучения интенсивностью 800 Вт/м2. Наиболее значительное снижение температуры отмечается при уровне освещенности 600 Вт/м2. Фотогальванические элементы, как с ребрами, так и без них, демонстрируют улучшенные характеристики при более низких температурах окружающей среды. Проведенные исследования позволяют обеспечить качественную генерацию электрической энергии и снижают зависимость работы солнечных батарей от температуры, что значительно повышает энергетические характеристики энергостанции и обеспечивает надежную генерацию электрической энергии. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в этой работе, позволяют продолжить разработки солнечных установок и значительно могут расширить научные данные о режимах работы фотоэлектрических станций как наземного, так и космического базирования. Эти данные необходимы как для обеспечения надёжной работы авиационно-космической техники, так и для работы наземных энергетических комплексов.

Ключевые слова:

фотоэлектрическая панель, преобразователь постоянного тока, солнечная электростанция, программное обеспечение MATLAB/Simulink

Библиографический список

  1. Shah T.R., Ali H.M. Application of hybrid nanofluids in solar energy, practical limitations and challenges: a critical review // Solar Energy, 2019, vol. 183, pp. 173-203. DOI: 10.1016/j.solener.2019.03.012

  2. Абдали Л.М., Исса Х.А., Аль-Малики М.Н., Кувшинов В.В., Бекиров Э.А. Исследование режимов работы комбинированных солнечно-ветровых установок для обеспечения уличного освещения // Строительство и техногенная безопасность. 2022. № 25 (77). С. 75-85.

  3. Abo-Elyousr F.K., Abdelshafy A.M., Abdelaziz A.Y. MPPT-Based article Swarm and Cuckoo Search Algorithms for PV Systems. In book: Modern Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Energy Systems, Springer, Cham, Switzerland, 2020, pp. 379–400.

  4. Zhang Q., Ning Xu., Ye Z. MMPT control method for photovoltaic power supply based on improved variable-step hill-climbing method // Electric Engineering, 2018, vol. 2, pp. 55-57.

  5. Yadav P.K., Thirumaliah S., Haritha G. Comparison of MPPT Algorithms for DC-DC Converters Based PV Systems // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2012, vol. 1, issue 1.

  6. Jumpasri N, Pinsuntia K, Woranetsuttikul K, Nilsakorn T, Khanngern W. Improved particle swarm optimization algorithm using average model on MPPT for partial shading in PV array // International electronics engineering congress, 2014. pp 1–4. DOI: 10.1109/iEECON.2014.6925856

  7. Исса Х.А., Абдали Л.М., Якимович Б.А., Кувшинов В.В., Морозова Н.В., Федотикова М.В. Сравнение эффективности различных методов управления энергетическими параметрами фотоэлектрических систем // Труды МАИ. 2023. № 128. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=171405. DOI: 10.34759/trd-2023-128-17

  8. Drwiega Andrzej, Qays Adnan Ali, Marek Dudek, Nihad Raouf Maaroof, Layth Mohammed Abdali, And Boris A. Yakimovich. Maximization the latent heat storage unit (LHSU) energy saving using simulated annealing algorithm // MM Science Journal, 2023. DOI: 10.17973/MMSJ.2023_06_2023025

  9. Ahmed Mohmmed H., Anssari M.O.H. Electricity generation by using a hybrid system (photovoltaic and fuel cell) // Journal of Engineering and Applied Sciences, 2019, no. 14, pp. 4414-4418. DOI: 10.3923/jeasci.2019.4414.4418

  10. Ismail B., Taib S., Saad A.R.M. et al. Development of a single phase SPWM microcontroller-based inverter // Power and Energy Conference, PECon ’06, IEEE International, 2006, pp. 437–440. DOI: 10.1109/PECON.2006.346691

  11. Layth M. Abd Ali, L.M. Ali, Q.A., Klačková I., Issa H.A., Yakimovich, B.A., Kuvshimov V.V. Developing a thermal design for steam power plants by using concentrating solar power technologies for a clean environment // Acta Montanistica Slovaca, 2021, vol. 26 (4), pp. 773-783. DOI: 10.46544/AMS.v26i4.14

  12. Abd Ali L.M., Al-Rufaee F.M., Kuvshinov V.V. et al. Study of Hybrid Wind—Solar Systems for the Iraq Energy Complex // Applied Solar Energy, 2020, vol. 56, no. 4, pp. 284–290. DOI: 10.3103/S0003701X20040027

  13. Aouchiche N., Aitcheikh M.S., Becherif M., Ebrahim M.A. AI-based global MPPT for partial shaded grid connected PV plant via MFO approach // Solar Energy, 2018, vol. 171, pp. 593–603. DOI: 10.1016/j.solener.2018.06.109

  14. Pathy S., Subramani C., Sridhar R., Thentral T., Padmanaban S. Nature-inspired MPPT algorithms for partially shaded PV systems: A comparative study // Energies, 2019, vol. 12, pp. 1451. DOI: 10.3390/en12081451

  15. Samosir A.S., Yatim A. H. M. Danymic evolution control for synchronous buck dc-dc converter: Theory, model and simulation // Simulation Modelling Practice and Theory, 2010, vol. 18, pp. 663-676. DOI: 10.1016/j.simpat.2010.01.010

  16. B. Sanjay Gandhi, S. Sam Chelladurai, Dr. D. Senthil Kumaran. Process Optimization for Biodiesel Synthesis from Jatropha Curcas Oil // Distributed Generation and Alternative Energy Journal, 2011, vol. 23, no. 4, pp. 6-16. DOI: 10.1080/21563306.2011.10462201

  17. Тепликова В.И., Сенцов А.А., Ненашев В.А., Поляков В.Б. Анализ диаграммы направленности плоской многоэлементной активной фазированной антенной решетки // Труды МАИ. 2022. № 125. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=168189. DOI: 10.34759/trd-2022-125-17

  18. Абдали Л.М.А., Аль-Малики М.Н.К., Аль Баирмани А.Г. и др. Анализ методов управления производительностью преобразователей постоянного тока солнечных элементов и выбор оптимального метода // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21. № 1. С. 125-137. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-1-125-137

  19. Belkaid A., Colak I., Kayisli K. Implementation of a modified P&O-ТММT algorithm adapted for varying solar radiation conditions // Electrical Engineering, 2017, vol. 99, pp. 839–846. DOI: 10.1007/s00202-016-0457-3

  20. Абдали Л.М., Аль-Малики М.Н., Кувшинов В.В. Kузнецов П.Н., Морозова Н.В. Математическое моделирование с использованием алгоритма контроля точки максимальной мощности для фотоэлектрической системы // Труды МАИ. 2023. № 130. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=174619. DOI: 10.34759/trd-2023-130-20

  21. Jaypalsinh Chauhan. Comparison of MPPT Algorithms for DC-DC Converters Based Photovoltaic Systems // Conference Energy Efficient Technologies for Sustainability, 2013. DOI: 10.1109/ICEETS.2013.6533431

  22. King D.L. Photovoltaic Module and Array Performance Characterization Methods for All System Operating Conditions // AIP Conference Proceedings, 1997, vol. 394, pp. 347–368. DOI: 10.1063/1.52852

  23. Himri Y., Malik A.S., Stambouli A.B. et al. Review and use of the Algerian renewable energy for sustainable development // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, vol. 13, pp. 1584–1591. DOI: 10.1016/j.rser.2008.09.007

  24. Абдали Л.М., Якимович Б.А., Сяктерева В.В., Кувшинов В.В., Морозова Н.В. Оптимизация системы автоматического управления точкой максимальной мощности для ветро-солнечной генерирующей установки с накопителями энергии // Труды МАИ. 2023. № 129. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=173037. DOI: 10.34759/trd-2023-129-24

  25. Волков А.С. Разработка имитационной модели канала с группирующимися ошибками // Труды МАИ. 2023. № 128. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=171396. DOI: 10.34759/trd-2023-128-12

  26. Соколов Н.Л. Анализ комбинированных способов формирования орбит искусственного спутника планет // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=69701


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход