ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ 9
1.1 Развитие солнечной энергетики в России и мире 9
1.1.1 Солнечная энергетика в мире 9
1.1.2 Солнечная энергетика в России 11
1.2 Солнечная радиация в Челябинской области 14
1.3 Проблемы солнечной энергетики в Челябинской области 15
1.3.1 Выбросы веществ загрязняющих атмосферный воздух 17
1.3.2 Загрязнение солнечных модулей и снижение эффективности
преобразования солнечной энергии 20
Выводы по разделу 1 22
2 СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ
МОДУЛЕЙ 23
2.1 Ручная очистка 23
2.2 Автоматизированная очистка 25
Выводы по разделу 2 25
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАЩИТЫ
СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННО-ИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 26
3.1 Разработка электростатического устройства 27
3.2 Анализ сил, действующих на пылевые частицы 30
3.3 Степень осаждения пылевых частиц содержащихся в воздухе с
помощью ЭСУ 39
3.4 Источник питания для электростатического устройства 41
3.4.1 Требования, предъявляемые к разрабатываемому источнику
высокого напряжения 41
3.4.2 Разработка источника высокого напряжения 43
Выводы по разделу 3 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это источники с естественным восполнением своих запасов за счёт энергии солнечного излучения поступающего на поверхность Земли. В обозримом будущем, они практически неисчерпаемы. К возобновляемым источникам энергии помимо самой солнечной энергии, также относят её производные: энергию ветра, энергию потоков воды, энергию растительной биомассы, геотермальное тепло, поступающее на поверхность Земли из её недр, низкопотенциальное тепло окружающей среды, которое может быть использовано, например, тепловыми насосами.
Большую часть в производстве электрической и тепловой энергии от возобновляемых источников занимает солнечная энергетика, быстрые темпы развития которой предполагают выход на уровень 6% мирового производства электроэнергии к 2040 году. Постепенное снижение удельных капитальных затрат приближает эту ветвь энергетики к рентабельности. В России масштабы использования солнечной энергии пока невелики, хотя в малых масштабах развитие идет. Учитывая избыток мощностей в «большой» энергетике, солнечные электростанции целесообразно строить в удаленных и изолированных районах, куда завоз традиционного топлива дорог.
Одним из способов преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию является применение солнечных модулей. Принцип работы модулей основан на физических свойствах полупроводниковых материалов, между электродами которых, при воздействии на них солнечного излучения, создаётся разность потенциалов. Поскольку солнечные фотоэлектрические установки получают активное распространение на территории Урала, необходимо организовывать их обслуживание.
Большая часть солнечных модулей изготовляются из монокристаллического кремния, и ее поверхность должна быть идеально гладкой и ровной.
Монокристаллический элемент кремния, в модулях каркасного типа, крепится на поверхность закаленного стекла с помощью ламинирования.
Поверхность стекла делается чуть волнистой с целью снижения образования бликов, которые приводят к снижению производительности модуля.
Воздушные массы содержат в себе взвешенные частицы пыли. Она существует почти везде, за исключением специально оборудованных помещений, лабораторий и пр. В повседневной жизни мы ее почти не чувствуем. Пыль и песок, негативно воздействуют на поверхность солнечных модулей, что впоследствии приводит к уменьшению срока службы и снижению эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.
Для решения проблем, влияющих на работоспособность солнечных модулей, необходимо разработать дополнительные средства их защиты от пылевых загрязнений.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был теоретически исследован процесс осаждения пылевых частиц. Основными силами, оказывающими влияние на частицы пыли при их осаждении являются сила сопротивления среды, сила, обусловленная неравномерностью
распределения напряженности электрического поля, а так же сила действия электрического поля. Помимо этих сил, на эффективность осаждения пылевых частиц оказывает влияние напряженность электрического поля, для осадительных пластин и расстояние между ними.
Разработанное электростатическое устройство позволяет снизить
загрязнённость солнечных модулей и увеличить эффективность производства ими электрической энергии. Применение в конструкции устройства осадительных пластин покрытых диэлектрическим материалом повышает электрическую безопасность предлагаемого устройства.
Высокая расчётная эффективность осаждения пылевых частиц предполагает, что использование предлагаемого электростатического устройства является целесообразным.
Для подтверждения расчётных данных, необходимо произвести сборку опытного образца и провести практические исследования, построив зависимости:
— производительности солнечных модулей от степени их загрязнённости;
— степени загрязнения солнечных модулей от времени с использованием электростатического устройства и без него;
— степени загрязнения солнечных модулей от времени при различной напряженности электрического поля;
— степени загрязнения солнечных модулей от времени при различной частоте и скважности импульсов подаваемых источником высокого напряжения;
— эффективности осаждения пылевых частиц с разной длиной и расстоянием между осадительными пластинами.
