Экспериментальное исследование фотоэлектрической тепловой батареи с тонкопленочным модулем на основе CdTe
Ключевые слова:
фотоэлектрические модуль и тепловая батарея, температура нагрева, способ охлаждения
Аннотация
Приведены результаты экспериментального исследования CdTe тонкопленочного фотоэлектрического модуля (ФЭМ) и разработанной на основе данного типа ФЭМ фотоэлектрической тепловой батареи (ФЭТБ) с абсорбером в виде тепловой батареи, выполненной из алюминиевых листов в коробчатом виде с радиаторными теплообменниками. Экспериментальные данные измеренных параметров окружающей среды, электрофизических и теплотехнических характеристик установок приведены за 06 августа 2022 г. За счет теплоотвода и охлаждения модуля среднедневные значения температуры на поверхности ФЭТБ снизилась на 19,7%, величина электрической мощности увеличилась на 5,8%, а значения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания выросли на 2,4 и 2,1% по сравнению с начальными характеристиками ФЭМ.
C помощью разработанной конструкции ФЭТБ за время измерений с 10-00 до 17-30 часов выработано 134 л нагретой воды средней температурой 38 ⁰С. Как показывает результат исследования, представленная конструкция ФЭТБ может быть успешно использована для комбинированного производства электрической и тепловой энергии для нужд потребителей.
Литература
1. Каргиев В.М. Новейшие технологии солнечных элементов и модулей [Электрон. ресурс] https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/modern-solar-cells.htm (дата обращения 25.12.2022).
2. Chow T.T. A Review on Photovoltaic/thermal Hybrid Solar Technology // Appl. Energy. 2010. V. 87. Pp. 365—379.
3. Haloui H. e. a. Comparative Study of the Hybrid Solar Thermal Photovoltaic Collectors Based on Thin Films Solar Cells in South of Algeria // Res Rev Electrochem. 2017. V. 8(2). Pp. 109—122.
4. Olawole O.C. e. a. Innovative Methods of Cooling Solar Panel: A Concise Review // J. Phys. Conf. Series. 2019. V. 1299(1). P. 012020.
5. Zain Ul Abdin, Ahmed Rachid. A Survey on Applications of Hybrid PV/T Panels // Energies. 2021. V. 14(4). P. 1205.
6. Mishra R.K., Tiwari G.N. Energy Matrices Analyses of Hybrid Photovoltaic Thermal Water Collector with Different PV Technology // Solar Energy. 2013. V. 91. Pp. 161—173.
7. Tiwari G.N., Gaur A. Photovoltaic Thermal (PVT) Systems and Its Applications // Proc II Intern. Conf. Green Energy and Technol. 2014. Pp. 132—138.
8. Strebkov D.S., Filippchenkova N.S. Results of an Experimental Study of a Solar Photovoltaic-Thermal Module // Appl. Solar Energy. 2020. V. 56. Pp. 442—448.
9. Fudholi A. e. a. Performance Analysis of Photovoltaic Thermal (PVT) Water Collectors // Energy Conversion and Management. 2014. V. 78. Pp. 641—651.
10. Kazema H.A. e. a. Comparison and Evaluation of Solar Photovoltaic Thermal System with Hybrid Collector: An Experimental Study // Thermal Sc. and Eng. Progress. 2021. V. 22. P. 100845.
11. Sukhatme K., Sukhatme S.P. Solar Energy : Principles of Thermal Collection and Storage. N.-Y.: Tata McGraw Hill, 1996.
12. Кувшинов В.В., Бекиров Э.А. Теплофотоэлектрическая установка для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 15(67). С. 141—147.
13. Харченко В.В., Никитин Б.А., Тихонов П.В., Макаров А.Э. Теплоснабжение с использованием фотоэлектрических модулей // Техника в сельском хозяйстве. 2013. № 5. С. 11—12.
14. Харченко В.В. Комплекс мониторинга основных параметров гелиоустановок с фотопреобразователями // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2(119). С. 32—36.
15. Турсунов М.Н., Юлдошев И.А. Разработка фотоэлектрических батарей, установок эффективно работающих в условиях Центральной Азии // Проблемы энергоресурсосбережения. 2011. Специальный выпуск. С. 160—165.
16. Турсунов М.Н., Дадамухамедов C., Юлдошев И.А., Турдиев Б.М. Комбинированная фототеплопреобразовательная установка // Нанотехнологии и возобновляемые источники энергии: Материалы республ. науч.-практ. конф. Ташкент, 2012. С. 173—175.
17. Tursunov M. e. a. Features of Optimization of Increasing the Efficiency of on Autonomous Photo Thermal Installation for Rural Regions // Proc. E3s Web of Сonf. 2020 [Электрон. ресурс] https://www.academia.edu/99201016/Features_of_optimization_of_increasing_the_efficiency_of_an_autonomous_photo_thermal_installation_for_rural_regions (дата обращения 25.12.2022).
18. Shoguchkarov S.K. e. a. Verification of Mathematical Model for a Photovoltaic Thermal-Thermoelectric Generator Unit Using Cocentrated Solar Radiation // Appl. Solar Energy. 2021. V. 57(5). Pp. 384—390.
19. Tursunov M.N., Muminov R.A., Dyskin V.G., Yuldoshev I.A. A Mobile Photothermal Converter and Its Operating Characteristics // Appl. Solar Energy. 2021. V. 49(1). Pp. 16—18.
20. Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований. Пермь: Изд-во Пермского национ. исслед. политех. ун-та, 2014.
21. ГОСТ 58649—2019 (IEC 61829.2015). Батареи фотоэлектрические, измерения вольтамперных характеристик в натурных условиях.
22. ГОСТ Р МЭК 61853-1—2013. Модули фотоэлектрические. Определение рабочих характеристик и энергетическая оценка.
23. Honglu Zhu e. a. Online Modelling and Calculation for Operating Temperature of Silicon-Based PV Modules Based on BP-ANN // Intern. J. Photoenergy. 2017. V. 11. Pp. 1—13.
24. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецов В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика. М., Издат. дом МЭИ, 2008.
25. Способы измерения мощности солнечных батарей [Электрон. ресурс] https://www.solnechnye.ru/batareya (Дата обращения 07.08.2022).
---
Для цитирования: Жураев И.Р., Юлдошев И.А., Жураева З.И. Экспериментальное исследование фотоэлектрической тепловой батареи с тонкопленочным модулем на основе CdTe // Вестник МЭИ. 2023. № 5. С. 64—74. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-64-74
#
1. Kargiev V.M. Noveyshie Tekhnologii Solnechnykh Elementov i Moduley [Elektron. Resurs] https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/modern-solar-cells.htm (Data Obrashcheniya 25.12.2022). (in Russian).
2. Chow T.T. A Review on Photovoltaic/thermal Hybrid Solar Technology. Appl. Energy. 2010;87:365—379.
3. Haloui H. e. a. Comparative Study of the Hybrid Solar Thermal Photovoltaic Collectors Based on Thin Films Solar Cells in South of Algeria. Res Rev Electrochem. 2017;8(2):109—122.
4. Olawole O.C. e. a. Innovative Methods of Cooling Solar Panel: A Concise Review. J. Phys. Conf. Series. 2019;1299(1):012020.
5. Zain Ul Abdin, Ahmed Rachid. A Survey on Applications of Hybrid PV/T Panels. Energies. 2021;14(4):1205.
6. Mishra R.K., Tiwari G.N. Energy Matrices Analyses of Hybrid Photovoltaic Thermal Water Collector with Different PV Technology. Solar Energy. 2013;91:161—173.
7. Tiwari G.N., Gaur A. Photovoltaic Thermal (PVT) Systems and Its Applications. Proc II Intern. Conf. Green Energy and Technol. 2014:132—138.
8. Strebkov D.S., Filippchenkova N.S. Results of an Experimental Study of a Solar Photovoltaic-Thermal Module. Appl. Solar Energy. 2020;56: 442—448.
9. Fudholi A. e. a. Performance Analysis of Photovoltaic Thermal (PVT) Water Collectors. Energy Conversion and Management. 2014;78: 641—651.
10. Kazema H.A. e. a. Comparison and Evaluation of Solar Photovoltaic Thermal System with Hybrid Collector: An Experimental Study. Thermal Sc. and Eng. Progress. 2021;22:100845.
11. Sukhatme K., Sukhatme S.P. Solar Energy : Principles of Thermal Collection and Storage. N.-Y.: Tata McGraw Hill, 1996.
12. Kuvshinov V.V., Bekirov E.A. Teplofotoelektricheskaya Ustanovka dlya Kombinirovannoy Vyrabotki Teplovoy i Elektricheskoy Energii. Stroitel'stvo i Tekhnogennaya Bezopasnost'. 2019;15(67):141—147. (in Russian).
13. Kharchenko V.V., Nikitin B.A., Tikhonov P.V., Makarov A.E. Teplosnabzhenie s Ispol'zovaniem Fotoelektricheskikh Moduley. Tekhnika v Sel'skom Khozyaystve. 2013;5:11—12. (in Russian).
14. Kharchenko V.V. Kompleks Monitoringa Osnovnykh Parametrov Gelioustanovok s Fotopreobrazovatelyami. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2013;2(119):32—36. (in Russian).
15. Tursunov M.N., Yuldoshev I.A. Razrabotka Fotoelektricheskikh Batarey, Ustanovok Effektivno Rabotayushchikh v Usloviyakh Tsentral'noy Azii. Problemy Energoresursosberezheniya. 2011. Spetsial'nyy Vypusk:160—165. (in Russian).
16. Tursunov M.N., Dadamukhamedov C., Yuldoshev I.A., Turdiev B.M. Kombinirovannaya Fototeplopreobrazovatel'naya Ustanovka. Nanotekhnologii i Vozobnovlyaemye Istochniki Energii: Materialy Respubl. Nauch.-prakt. Konf. Tashkent, 2012:173—175. (in Russian).
17. Tursunov M. e. a. Features of Optimization of Increasing the Efficiency of on Autonomous Photo Thermal Installation for Rural Regions. Proc. E3s Web of Sonf. 2020 [Elektron. Resurs] https://www.academia.edu/99201016/Features_of_optimization_of_increasing_the_efficiency_of_an_autonomous_photo_thermal_installation_for_rural_regions (Data Obrashcheniya 25.12.2022).
18. Shoguchkarov S.K. e. a. Verification of Mathematical Model for a Photovoltaic Thermal-Thermoelectric Generator Unit Using Cocentrated Solar Radiation. Appl. Solar Energy. 2021;57(5):384—390.
19. Tursunov M.N., Muminov R.A., Dyskin V.G., Yuldoshev I.A. A Mobile Photothermal Converter and Its Operating Characteristics. Appl. Solar Energy. 2021;49(1):16—18.
20. Ponomarev A.B., Pikuleva E.A. Metodologiya Nauchnykh Issledovaniy. Perm': Izd-vo Permskogo Natsion. Issled. Politekh. Un-ta, 2014. (in Russian).
21. GOST 58649—2019 (IEC 61829.2015). Batarei Fotoelektricheskie, Izmereniya Vol'tampernykh Kharakteristik v Naturnykh Usloviyakh. (in Russian).
22. GOST R MEK 61853-1—2013. Moduli Fotoelektricheskie. Opredelenie Rabochikh Kharakteristik i Energeticheskaya Otsenka. (in Russian).
23. Honglu Zhu e. a. Online Modelling and Calculation for Operating Temperature of Silicon-Based PV Modules Based on BP-ANN. Intern. J. Photoenergy. 2017;11:1—13.
24. Vissarionov V.I., Deryugina G.V., Kuznetsov V.A., Malinin N.K. Solnechnaya Energetika. M., Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
25. Sposoby Izmereniya Moshchnosti Solnechnykh Batarey [Elektron. Resurs] https://www.solnechnye.ru/batareya (Data obrashcheniya 07.08.2022). (in Russian)
---
For citation: Zhuraev I.R., Yuldoshev I.A., Zhuraeva Z.I. Experimental Study of a Photovoltaic Thermal Battery with a Thin-film Module Based on CdTe. Bulletin of MPEI. 2023;5:64—74. (in English). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-64-74
2. Chow T.T. A Review on Photovoltaic/thermal Hybrid Solar Technology // Appl. Energy. 2010. V. 87. Pp. 365—379.
3. Haloui H. e. a. Comparative Study of the Hybrid Solar Thermal Photovoltaic Collectors Based on Thin Films Solar Cells in South of Algeria // Res Rev Electrochem. 2017. V. 8(2). Pp. 109—122.
4. Olawole O.C. e. a. Innovative Methods of Cooling Solar Panel: A Concise Review // J. Phys. Conf. Series. 2019. V. 1299(1). P. 012020.
5. Zain Ul Abdin, Ahmed Rachid. A Survey on Applications of Hybrid PV/T Panels // Energies. 2021. V. 14(4). P. 1205.
6. Mishra R.K., Tiwari G.N. Energy Matrices Analyses of Hybrid Photovoltaic Thermal Water Collector with Different PV Technology // Solar Energy. 2013. V. 91. Pp. 161—173.
7. Tiwari G.N., Gaur A. Photovoltaic Thermal (PVT) Systems and Its Applications // Proc II Intern. Conf. Green Energy and Technol. 2014. Pp. 132—138.
8. Strebkov D.S., Filippchenkova N.S. Results of an Experimental Study of a Solar Photovoltaic-Thermal Module // Appl. Solar Energy. 2020. V. 56. Pp. 442—448.
9. Fudholi A. e. a. Performance Analysis of Photovoltaic Thermal (PVT) Water Collectors // Energy Conversion and Management. 2014. V. 78. Pp. 641—651.
10. Kazema H.A. e. a. Comparison and Evaluation of Solar Photovoltaic Thermal System with Hybrid Collector: An Experimental Study // Thermal Sc. and Eng. Progress. 2021. V. 22. P. 100845.
11. Sukhatme K., Sukhatme S.P. Solar Energy : Principles of Thermal Collection and Storage. N.-Y.: Tata McGraw Hill, 1996.
12. Кувшинов В.В., Бекиров Э.А. Теплофотоэлектрическая установка для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии // Строительство и техногенная безопасность. 2019. № 15(67). С. 141—147.
13. Харченко В.В., Никитин Б.А., Тихонов П.В., Макаров А.Э. Теплоснабжение с использованием фотоэлектрических модулей // Техника в сельском хозяйстве. 2013. № 5. С. 11—12.
14. Харченко В.В. Комплекс мониторинга основных параметров гелиоустановок с фотопреобразователями // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2(119). С. 32—36.
15. Турсунов М.Н., Юлдошев И.А. Разработка фотоэлектрических батарей, установок эффективно работающих в условиях Центральной Азии // Проблемы энергоресурсосбережения. 2011. Специальный выпуск. С. 160—165.
16. Турсунов М.Н., Дадамухамедов C., Юлдошев И.А., Турдиев Б.М. Комбинированная фототеплопреобразовательная установка // Нанотехнологии и возобновляемые источники энергии: Материалы республ. науч.-практ. конф. Ташкент, 2012. С. 173—175.
17. Tursunov M. e. a. Features of Optimization of Increasing the Efficiency of on Autonomous Photo Thermal Installation for Rural Regions // Proc. E3s Web of Сonf. 2020 [Электрон. ресурс] https://www.academia.edu/99201016/Features_of_optimization_of_increasing_the_efficiency_of_an_autonomous_photo_thermal_installation_for_rural_regions (дата обращения 25.12.2022).
18. Shoguchkarov S.K. e. a. Verification of Mathematical Model for a Photovoltaic Thermal-Thermoelectric Generator Unit Using Cocentrated Solar Radiation // Appl. Solar Energy. 2021. V. 57(5). Pp. 384—390.
19. Tursunov M.N., Muminov R.A., Dyskin V.G., Yuldoshev I.A. A Mobile Photothermal Converter and Its Operating Characteristics // Appl. Solar Energy. 2021. V. 49(1). Pp. 16—18.
20. Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований. Пермь: Изд-во Пермского национ. исслед. политех. ун-та, 2014.
21. ГОСТ 58649—2019 (IEC 61829.2015). Батареи фотоэлектрические, измерения вольтамперных характеристик в натурных условиях.
22. ГОСТ Р МЭК 61853-1—2013. Модули фотоэлектрические. Определение рабочих характеристик и энергетическая оценка.
23. Honglu Zhu e. a. Online Modelling and Calculation for Operating Temperature of Silicon-Based PV Modules Based on BP-ANN // Intern. J. Photoenergy. 2017. V. 11. Pp. 1—13.
24. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецов В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика. М., Издат. дом МЭИ, 2008.
25. Способы измерения мощности солнечных батарей [Электрон. ресурс] https://www.solnechnye.ru/batareya (Дата обращения 07.08.2022).
---
Для цитирования: Жураев И.Р., Юлдошев И.А., Жураева З.И. Экспериментальное исследование фотоэлектрической тепловой батареи с тонкопленочным модулем на основе CdTe // Вестник МЭИ. 2023. № 5. С. 64—74. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-64-74
#
1. Kargiev V.M. Noveyshie Tekhnologii Solnechnykh Elementov i Moduley [Elektron. Resurs] https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/modern-solar-cells.htm (Data Obrashcheniya 25.12.2022). (in Russian).
2. Chow T.T. A Review on Photovoltaic/thermal Hybrid Solar Technology. Appl. Energy. 2010;87:365—379.
3. Haloui H. e. a. Comparative Study of the Hybrid Solar Thermal Photovoltaic Collectors Based on Thin Films Solar Cells in South of Algeria. Res Rev Electrochem. 2017;8(2):109—122.
4. Olawole O.C. e. a. Innovative Methods of Cooling Solar Panel: A Concise Review. J. Phys. Conf. Series. 2019;1299(1):012020.
5. Zain Ul Abdin, Ahmed Rachid. A Survey on Applications of Hybrid PV/T Panels. Energies. 2021;14(4):1205.
6. Mishra R.K., Tiwari G.N. Energy Matrices Analyses of Hybrid Photovoltaic Thermal Water Collector with Different PV Technology. Solar Energy. 2013;91:161—173.
7. Tiwari G.N., Gaur A. Photovoltaic Thermal (PVT) Systems and Its Applications. Proc II Intern. Conf. Green Energy and Technol. 2014:132—138.
8. Strebkov D.S., Filippchenkova N.S. Results of an Experimental Study of a Solar Photovoltaic-Thermal Module. Appl. Solar Energy. 2020;56: 442—448.
9. Fudholi A. e. a. Performance Analysis of Photovoltaic Thermal (PVT) Water Collectors. Energy Conversion and Management. 2014;78: 641—651.
10. Kazema H.A. e. a. Comparison and Evaluation of Solar Photovoltaic Thermal System with Hybrid Collector: An Experimental Study. Thermal Sc. and Eng. Progress. 2021;22:100845.
11. Sukhatme K., Sukhatme S.P. Solar Energy : Principles of Thermal Collection and Storage. N.-Y.: Tata McGraw Hill, 1996.
12. Kuvshinov V.V., Bekirov E.A. Teplofotoelektricheskaya Ustanovka dlya Kombinirovannoy Vyrabotki Teplovoy i Elektricheskoy Energii. Stroitel'stvo i Tekhnogennaya Bezopasnost'. 2019;15(67):141—147. (in Russian).
13. Kharchenko V.V., Nikitin B.A., Tikhonov P.V., Makarov A.E. Teplosnabzhenie s Ispol'zovaniem Fotoelektricheskikh Moduley. Tekhnika v Sel'skom Khozyaystve. 2013;5:11—12. (in Russian).
14. Kharchenko V.V. Kompleks Monitoringa Osnovnykh Parametrov Gelioustanovok s Fotopreobrazovatelyami. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2013;2(119):32—36. (in Russian).
15. Tursunov M.N., Yuldoshev I.A. Razrabotka Fotoelektricheskikh Batarey, Ustanovok Effektivno Rabotayushchikh v Usloviyakh Tsentral'noy Azii. Problemy Energoresursosberezheniya. 2011. Spetsial'nyy Vypusk:160—165. (in Russian).
16. Tursunov M.N., Dadamukhamedov C., Yuldoshev I.A., Turdiev B.M. Kombinirovannaya Fototeplopreobrazovatel'naya Ustanovka. Nanotekhnologii i Vozobnovlyaemye Istochniki Energii: Materialy Respubl. Nauch.-prakt. Konf. Tashkent, 2012:173—175. (in Russian).
17. Tursunov M. e. a. Features of Optimization of Increasing the Efficiency of on Autonomous Photo Thermal Installation for Rural Regions. Proc. E3s Web of Sonf. 2020 [Elektron. Resurs] https://www.academia.edu/99201016/Features_of_optimization_of_increasing_the_efficiency_of_an_autonomous_photo_thermal_installation_for_rural_regions (Data Obrashcheniya 25.12.2022).
18. Shoguchkarov S.K. e. a. Verification of Mathematical Model for a Photovoltaic Thermal-Thermoelectric Generator Unit Using Cocentrated Solar Radiation. Appl. Solar Energy. 2021;57(5):384—390.
19. Tursunov M.N., Muminov R.A., Dyskin V.G., Yuldoshev I.A. A Mobile Photothermal Converter and Its Operating Characteristics. Appl. Solar Energy. 2021;49(1):16—18.
20. Ponomarev A.B., Pikuleva E.A. Metodologiya Nauchnykh Issledovaniy. Perm': Izd-vo Permskogo Natsion. Issled. Politekh. Un-ta, 2014. (in Russian).
21. GOST 58649—2019 (IEC 61829.2015). Batarei Fotoelektricheskie, Izmereniya Vol'tampernykh Kharakteristik v Naturnykh Usloviyakh. (in Russian).
22. GOST R MEK 61853-1—2013. Moduli Fotoelektricheskie. Opredelenie Rabochikh Kharakteristik i Energeticheskaya Otsenka. (in Russian).
23. Honglu Zhu e. a. Online Modelling and Calculation for Operating Temperature of Silicon-Based PV Modules Based on BP-ANN. Intern. J. Photoenergy. 2017;11:1—13.
24. Vissarionov V.I., Deryugina G.V., Kuznetsov V.A., Malinin N.K. Solnechnaya Energetika. M., Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
25. Sposoby Izmereniya Moshchnosti Solnechnykh Batarey [Elektron. Resurs] https://www.solnechnye.ru/batareya (Data obrashcheniya 07.08.2022). (in Russian)
---
For citation: Zhuraev I.R., Yuldoshev I.A., Zhuraeva Z.I. Experimental Study of a Photovoltaic Thermal Battery with a Thin-film Module Based on CdTe. Bulletin of MPEI. 2023;5:64—74. (in English). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-64-74
Опубликован
2023-06-06
Выпуск
Раздел
Энергетические системы и комплексы (технические науки) (2.4.5)
