DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2019.6.10

CONSTRUCTIVE SOLUTION OF HIGHLY EFFECTIVE PHOTOENERGY MODULE: DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL TESTING

R. V. Zaitsev, M. V. Kirichenko, G. S. Khrypunov, L. V. Zaitseva, O. N. Chugai, A. A. Drozdova

Анотація


На основе экспериментального исследования в комплексе с компьютерным моделированием влияния рабочей температуры на эффективность кремниевых солнечных элементов китайского производства выявлена температурная зависимость их эффективности. Температурная зависимость показывает целесообразность использования солнечных элементов китайского производства в составе фотоэлектрической тепловой системы, которая вместе с тепловым насосом является частью комбинированной системы горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха. На основе детального анализа влияния рабочей температуры на эффективность фотоэлектрических процессов, определяющих работу солнечных элементов, было разработано оптимальное конструктивно-технологическое решение гибридного солнечного генерирующего модуля, основной особенностью которого является теплообменный блок, предназначен для снижения рабочей температуры солнечных элементов. Экспериментальные испытания образцов таких модулей, оснащенных разработанной системой охлаждения и высоковольтной системой отбора мощности, демонстрируют их надежность и высокую эффективность, позволяющие достичь КПД гибридного модуля до 18,5 %. 

Ключові слова


кремниевые солнечные элементы; рабочая температура; зависимость эффективности; диодные и выходные параметры; система охлаждения; концентрация солнечного излучения; гибридный солнечный модуль

Повний текст:

PDF ENG (English)

Посилання


Bye G., Ceccaroli B. Solar grade silicon: Technology status and industrial trends. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2014, vol.130, pp. 634-646. doi: 10.1016/j.solmat.2014.06.019.

Singh P., Ravindra N.M. Temperature dependence of solar cell performance – an analysis. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2012, vol.101, pp. 36-45. doi: 10.1016/j.solmat.2012.02.019.

Singh P., Singh S.N., Lal. M., Husain M. Temperature dependence of I–V characteristics and performance parameters of silicon solar cell. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, vol.92, iss.12, pp. 1611-1616. doi: 10.1016/j.solmat.2008.07.010.

Radziemska E. Effect of temperature on dark current characteristics of silicon solar cells and diodes. International Journal Energy Res, 2006, vol.30, iss.2, pp. 127-134. doi: 10.1002/er.1113.

Cai W., Chao F., JinLong T., DeXiong L., SiFu H., ZhiGang X. The influence of environment temperatures on single crystalline and polycrystalline silicon solar cell performance. Science China: Physics, Mechanics and Astronomy, 2012, vol.55, no.2, pp. 235-241. doi: 10.1007/s11433-011-4619-z.

Möller H.J. Semiconductors for solar cells. Boston, Artech House, 1993.

Afanasyev V.P., Terukov E.I., Scherchenko А.А. Thin film solar cells on the silicon base. SPbSETU, LEТI, 2012.

Kharchenko V.V., Nikitin B.А., Tichonov P.V. Select of photoenergy heat module parameters. Renewable and small energy 2012: Proc. of IX In-tern. ann. conf. М., 2012, pp. 292-297.

Ramos A., Chatzopoulou M.A., Guarracino I., Freeman J., Markides C.N. Hybrid photovoltaic-thermal solar systems for combined heating, cooling and power provision in the urban environment. Energy Conversion and Management, 2017, vol.150, pp. 838-850. doi: 10.1016/j.enconman.2017.03.024.

Zhang X., Zhao X., Smith S., Xu J., Yu X. Review of R&D progress and practical application of the solar. Renewable Sustainable Energy Rev, 2012, vol.16, iss.1, pp. 599-617. doi: 10.1016/j.rser.2011.08.026.

Herrando M., Markides C.N. Hybrid PV and solar-thermal systems for domestic heat and power provision in the UK: Techno-economic considerations. Applied Energy, 2016, vol.161, pp.512-532. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.09.025.

Dupeyrat P., Menezo C., Fortuin S. Study of the thermal and electrical performances of PVT solar hot water system. Energy and Buildings, 2014, vol.68, part C, pp.751-755. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.09.032.

Zhao X., Zhang X. Handbook Nearly Zero Energy Building Refurbishment, Springer, 2013.

Romero Rodríguez L., Salmerón Lissén J.M., Sánchez Ramos J., Rodríguez Jara E.Á., Álvarez Domínguez S. Analysis of the economic feasibility and reduction of a building’s energy consumption and emissions when integrating hybrid solar thermal/PV/micro-CHP systems. Applied Energy, 2016, vol.165, pp.828-838. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.12.080.

He W., Chow T.-T., Ji J., Lu J., Pei G., Chan L. Hybrid photovoltaic and thermal solar-collector designed for natural circulation of water. Applied Energy, 2006, vol.83, iss.3, pp.199-210. doi: 10.1016/j.apenergy.2005.02.007.

Coventry J.S. Performance of a concentrating photovoltaic/thermal solar collector. Solar Energy, 2005, vol.78, iss.2, pp. 211-222. doi: 10.1016/j.solener.2004.03.014.

Pathak M.J.M., Sanders P.G., Pearce J.M. Optimizing limited solar roof access by exergy analysis of solar thermal, photovoltaic, and hybrid photovoltaic thermal systems. Applied Energy, 2014, vol.120, pp.115-124. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.01.041.

Liang R., Zhang J., Ma L., Li Y. Performance evaluation of new type hybrid photovoltaic/thermal solar collector by experimental study. Applied Thermal Engineering, 2015, vol.75, pp.487-492. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.075.

Zaitsev R.V., Kyrychenko M.V., Kholod A.V., Zaitseva L.V., Prokopenko D.S., Khrypunov G.S. Calculation of operating parameters of high-voltage power take-off system for the photovoltaic facility. Electrical engineering & electromechanics, 2016, no.4, pp. 63-68. doi: 10.20998/2074-272X.2016.4.09.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Bye G., Ceccaroli B. Solar grade silicon: Technology status and industrial trends. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2014, vol.130, pp. 634-646. doi: 10.1016/j.solmat.2014.06.019.
  2. Singh P., Ravindra N.M. Temperature dependence of solar cell performance – an analysis. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2012, vol.101, pp. 36-45. doi: 10.1016/j.solmat.2012.02.019.
  3. Singh P., Singh S.N., Lal. M., Husain M. Temperature dependence of I–V characteristics and performance parameters of silicon solar cell. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, vol.92, iss.12, pp. 1611-1616. doi: 10.1016/j.solmat.2008.07.010.
  4. Radziemska E. Effect of temperature on dark current characteristics of silicon solar cells and diodes. International Journal Energy Res, 2006, vol.30, iss.2, pp. 127-134. doi: 10.1002/er.1113.
  5. Cai W., Chao F., JinLong T., DeXiong L., SiFu H., ZhiGang X. The influence of environment temperatures on single crystalline and polycrystalline silicon solar cell performance. Science China: Physics, Mechanics and Astronomy, 2012, vol.55, no.2, pp. 235-241. doi: 10.1007/s11433-011-4619-z.
  6. Möller H.J. Semiconductors for solar cells. Boston, Artech House, 1993.
  7. Afanasyev V.P., Terukov E.I., Scherchenko А.А. Thin film solar cells on the silicon base. SPbSETU, LEТI, 2012.
  8. Kharchenko V.V., Nikitin B.А., Tichonov P.V. Select of photoenergy heat module parameters. Renewable and small energy 2012: Proc. of IX In-tern. ann. conf. М., 2012, pp. 292-297.
  9. Ramos A., Chatzopoulou M.A., Guarracino I., Freeman J., Markides C.N. Hybrid photovoltaic-thermal solar systems for combined heating, cooling and power provision in the urban environment. Energy Conversion and Management, 2017, vol.150, pp. 838-850. doi: 10.1016/j.enconman.2017.03.024.
  10. Zhang X., Zhao X., Smith S., Xu J., Yu X. Review of R&D progress and practical application of the solar. Renewable Sustainable Energy Rev, 2012, vol.16, iss.1, pp. 599-617. doi: 10.1016/j.rser.2011.08.026.
  11. Herrando M., Markides C.N. Hybrid PV and solar-thermal systems for domestic heat and power provision in the UK: Techno-economic considerations. Applied Energy, 2016, vol.161, pp.512-532. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.09.025.
  12. Dupeyrat P., Menezo C., Fortuin S. Study of the thermal and electrical performances of PVT solar hot water system. Energy and Buildings, 2014, vol.68, part C, pp.751-755. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.09.032.
  13. Zhao X., Zhang X. Handbook Nearly Zero Energy Building Refurbishment, Springer, 2013.
  14. Romero Rodríguez L., Salmerón Lissén J.M., Sánchez Ramos J., Rodríguez Jara E.Á., Álvarez Domínguez S. Analysis of the economic feasibility and reduction of a building’s energy consumption and emissions when integrating hybrid solar thermal/PV/micro-CHP systems. Applied Energy, 2016, vol.165, pp.828-838. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.12.080.
  15. He W., Chow T.-T., Ji J., Lu J., Pei G., Chan L. Hybrid photovoltaic and thermal solar-collector designed for natural circulation of water. Applied Energy, 2006, vol.83, iss.3, pp.199-210. doi: 10.1016/j.apenergy.2005.02.007.
  16. Coventry J.S. Performance of a concentrating photovoltaic/thermal solar collector. Solar Energy, 2005, vol.78, iss.2, pp. 211-222. doi: 10.1016/j.solener.2004.03.014.
  17. Pathak M.J.M., Sanders P.G., Pearce J.M. Optimizing limited solar roof access by exergy analysis of solar thermal, photovoltaic, and hybrid photovoltaic thermal systems. Applied Energy, 2014, vol.120, pp.115-124. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.01.041.
  18. Liang R., Zhang J., Ma L., Li Y. Performance evaluation of new type hybrid photovoltaic/thermal solar collector by experimental study. Applied Thermal Engineering, 2015, vol.75, pp.487-492. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.075.
  19. Zaitsev R.V., Kyrychenko M.V., Kholod A.V., Zaitseva L.V., Prokopenko D.S., Khrypunov G.S. Calculation of operating parameters of high-voltage power take-off system for the photovoltaic facility. Electrical engineering & electromechanics, 2016, no.4, pp. 63-68. doi: 10.20998/2074-272X.2016.4.09.

 

 

 





Copyright (c) 2019 R. V. Zaitsev, M. V. Kirichenko, G. S. Khrypunov, L. V. Zaitseva, O. N. Chugai, A. A. Drozdova


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)