Разработка мобильной автономной солнечной электростанции с использованием твердотельных гетеропереходных фотоэлементов для нужд аграрной промышленности

Методом математического моделирования был проведен расчет распределения температуры в двусторонних солнечных элементах. Установлено, что различия в конфигурациях фотоэлектрического генератора заключаются лишь в том, что в двустороннем элементе больший отток тепла идет с тыльной стороны. При этом двусторонние солнечные элементы демонстрируют повышенную генерацию электрической энергии. Проведены расчеты, которые подтверждают обоснованность выбора в пользу двусторонних фотоэлектрических преобразователей, что актуально при использовании разработанной конфигурации фотоэлектрического генератора. На основе анализа имеющихся на рынке технологий фотоэлектрического преобразования солнечной энергии в электричество, была разработана конфигурация фотоэлектрического генератора на основе двусторонних кремниевых солнечных панелей с гетеропереходом. Разработанная конфигурация представляет собой движущуюся платформу с установленной на ней фотоэлектрической системой, укомплектованной устройством сбора светового потока.
Разработана двухосевая следящая система для общего случая плоского крепления солнечных модулей. Привод с диапазоном перемещения 350 мм установлен в направлении север-юг, 
а с диапазоном перемещения 450 мм — в направлении восток-запад. Задача заключалась в поиске нужного плеча для обеспечения симметричности и максимального угла поворота по оси. 
В результате были определены решения для направлений север-юг и восток-запад. 
Кроме того, на основе микроконтроллера была разработана принципиальная электрическая схема устройства, обеспечивающего заданный алгоритм управления солнечным трекером. Также в составе схемы имеется GPS/ГЛОНАСС модуль для получения точных координат местоположения установки и синхронизации времени.

1. Энергетика Иордании. EES EAEC. Мирровая энергетика. https://www.eeseaec.org/energetika-stran-mira/energetika-iordanii (дата обращения: 17.05.2022).

2. Al-Saidi M., Lahham N. Solar energy farming as a development innovation for vulnerable water basins. Development in Practice. 2019; 29(5): 619—634. https://doi.org/10.1080/09614524.2019.1600659

3. Majewski J., Szymanek M. Technical, economic and legal conditions of the development of photovoltaic generation in Poland. Acta Energetica. 2012; 2(11): 21—26.

4. Swanson R.M. The promise of concentrators. Progress in Photovoltaics: Research and Application. 2000; 8(1): 93—104. https://doi.org/10.1002/(sici)1099-159x(200001/02)8:13.0.co

5. Photovoltaic device performance calibration services. https://pvdpc.nrel.gov/ (дата обращения: 22.08.2019).

6. Андреев В.М. Концентраторная солнечная фотоэнергетика. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2012; (5-6): 40—44.

7. Алфёров Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. Физика и техника полупроводников. 2004; 38(8): 937—948.

8. Andreev V.M., Grilikhes V.A., Rumyantsev V.D. Photovoltaic conversion of concentrated sunlight. John Wiley & Sons Ltd; 1997. 312 p.

9. Andreev V.M., Khvostikov V.P., Rumyantsev V.D., Paleeva E.V., Shvarts M.Z., Algora C. Technical digest of the international PVSEC-11. Proc. of the 24th Linear Accelerator Meeting. Japan, Sapporo. July 7–9, 1999. 147 p.

10. Green M.A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W., Dunlop E.D. Solar cell efficiency tables (version 42). Progress in Photovoltaics. 2013; 21(5): 827—837. https://doi.org/10.1002/pip.2404

11. Green M.A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W., Dunlop E.D. Solar cell efficiency tables (version 43). Progress in Photovoltaics. 2014; 22(1): 1—9. https://doi.org/10.1002/pip.2452

12. Sawada T., Terada N., Tsuge S., Baba T., Takahama T., Wakisaka K., Tsuda S., Nakano S. High-efficiency a-Si/c-Si heterojunction solar cell. Proc. of 1994 IEEE 1st World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion – WCPEC (A Joint Conference of PVSC, PVSEC and PSEC). Waikoloa, HI, USA. 5–9 Dec., 1994. USA: IEEE; 1994: 1219—1226. https://doi.org/10.1109/WCPEC.1994.519952

13. Yamamoto K. 25.1% efficiency Cu metallized heterojunction crystalline Si solar cell. 25th Int. Photovoltaic Sc. and Eng. Conf. Busan, Korea. November, 2015.

14. Dimroth F., Tibbits T., Niemeyer M., Predan F., Beutel P., Karcher C., Oliva E., Siefer G., Lackner D., Fus-Kailuweit P., Bett A., Krause R., Drazek C., Guiot E., Wasselin J., Tauzin A., Signamarcheix T. Four-junction wafer-bonded concentrator solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics. 2016; 6(1): 343—349. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2015.2501729

15. Geisz J.F., Steiner M.A., Jain N., Schulte K., France R., McMahon W., Perl E., Friedman D. Building a six-junction inverted metamorphic concentrator solar cell. IEEE Journal of Photovoltaics. 2018; 8(2): 626—632. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2017.2778567

16. Dimroth F, Tibbits TND, Niemeyer M, et al. Four-junction wafer-bonded concentrator solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics. 2016; 6(1): 343—349. https://doi.org/10.1109/PVSC.2015.7356148

17. Sharp develops concentrator solar cell with world’s highest conversion efficiency of 43.5%: Achieved with concentrator triple-junction compound solar cell. Press release Sharp Corporation. May 31, 2012. http://sharp-world.com/corporate/news/120531.html

18. Slade A., Garboushian V. 27.6% efficient silicon concentrator cell for mass production. Techn. Digest. 15th Inter. Photovoltaic Sc. and Eng. Conf. Beijing, October 11–13, 2005; 701 р. https://www.researchgate.net/publication/267779112_276_Efficient_Silicon_Concentrator_Solar_Cells_for_Mass_Production

19. Ward J.S., Ramanathan K., Hasoon F.S., Coutts T.J., Keane J., Contreras M.A., Moriarty T., Noufi R.A. 21.5% efficient Cu (In,Ga) Se2 thin-film concentrator solar cell. Progress in Photovoltaics Research and Application. 2002; 10(1): 41—46. https://doi.org/10.1002/pip.424

20. Chiang C.J., Richards E.H. A twenty percent efficient photovoltaic concentrator module. Proc. IEEE Conf. on Photovoltaic Specialists. Kissimmee, FL, USA. 21–25 May, 1990. IEEE; 1990: 861—863. https://doi.org/10.1109/PVSC.1990.111743

21. Yoshikawa K., Kawasaki H., Yoshida W., Irie T., Konishi K., Nakano K., Uto T., Adachi D., Kanematsu M., Uzu H., Yamamoto K. Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26%. Nature Energy. 2017; 2(5): 17032. https://doi.org/10.1038/NENERGY.2017.32

22. Токмолдин Н.С., Чучвага Н.А., Вербицкий В.Н., Теруков Е.И., Титов А.С., Токмолдин С.Ж., Жолдыбаев К.С. Использование солнечных элементов с двусторонней контактной сеткой в условиях Казахстана. Журнал технической физики. 2017; 87(12): 1879—1883. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.12.45213.2274

23. López A.L., Andreev V.M. (eds.). Silicon concentrator solar cells. In: Concentrator photovoltaics. Vol. 130. Springer series in optical sciences. Heidelberg, Berlin: Springer; 2007: 51—66. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68798-6_3