Исследование энергетической и экономической эффективности фотоэлектрических систем

Глава 
посвящена 
вопросам 
экспериментальной 
эксплуатации 
и 
математического моделирования автономной фотоэлектрической установки (ФЭУ) 
с накопителем электрической энергии в условиях Московского региона.
2.1 Экспериментальные исследования ФЭУ с НЭЭ
 
Экспериментальные исследования ФЭУ в рамках диссертационного 
исследования были направлены, прежде всего, на:

получение актуальной информации об энергетических показателях 
работы ФЭМ, НЭЭ и фотоэлектрической установки (ФЭУ) в целом для оценки 
эффективности установки и ее отдельных компонентов (в частности, НЭЭ) в 
неблагоприятных климатических условиях; 

отработку методик проектирования ФЭС и систем мониторинга и сбора 
данных;верификацию модулей программной среды TRNSYS для их использования 
при моделировании работы компонентов системы в разных климатических 
условиях. 
2.1.1 Состав и конструктивные особенности экспериментальной ФЭУ 
Экспериментальная фотоэлектрическая установка была создана в 2012 г. на 
базе научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии 
(НИЛ ВИЭ) МГУ им. М.В. Ломоносова.
Однолинейная схема установки представлена на Рисунке 2.1, внешний вид 
установки и ее отдельных компонентов – на Рисунке 2.2, принципиальная 
электрическая схема – в Приложении А. 

---

45 
Рисунок 2.1 – Схема ФЭУ однолинейная: 
ФЭМ 1, ФЭМ 2 –фотоэлектрический модуль, КЗ 1, КЗ 2 – контроллер 
заряда, НЭЭ 1, НЭЭ 2 – аккумуляторная батарея, А 1…А 4 – автоматический 
выключатель, К 1, К 2 – контактор, Н – нагрузка, D – датчик тока, напряжения
Основными элементами системы являются:

2 монокристаллических фотоэлектрических модуля MSW-180/90 (24 
В) 
(ООО 
«Солнечный 
ветер») 
с 
двусторонней 
светочувствительностью;

Контроллер заряда НЭЭ и слежения за точкой максимальной мощности 
(ТММ) ФЭМ Morningstar's SunSaver MPPT 15А (24 В); 

2 гелевых свинцово-кислотных аккумулятора RRA12-260DG (12 В) 
(Ritar); 

---

46 

Нагрузочный стенд со светодиодными светильниками суммарной 
мощностью 250 Вт. 
Номинальное напряжение системы – 24 В. График нагрузки – постоянный на 
протяжении суток, величина нагрузки варьировалась от сезона к сезону (в зимние 
месяцы составляла 109 Вт, весенние и осенние – 131 Вт, летние – 194 Вт).
Солнечные модули располагаются на крыше корпуса Гидрологии МГУ, 
остальное оборудование – в необогреваемом крытом помещении на верхнем этаже 
корпуса. Нижняя кромка солнечных модулей находится на высоте 0,55 м от уровня 
земли. Высота секции – около 2,7 м, ширина – около 2,3 м.
а 

---

47 
б 
в 
Рисунок 2.2 – Внешний вид экспериментальной ФЭУ:
а 
— фотоэлектрические модули на опорной конструкции с лицевой стороны 
и пиранометр, размещенный в плоскости модуля (слева); 
б
— ФЭМ с тыльной 
стороны, 
в 
— НЭЭ. 

---

48 
Реализовано механическое изменение угла наклона ФЭМ к горизонту от 42° 
до 72° для максимизации прихода солнечной радиации, благодаря чему в процессе 
экспериментальной эксплуатации установки осуществлялось сезонное изменение 
угла от 42° в летние месяцы до 57° – в межсезонье и 72° – в зимние месяцы. 
Рассмотрим подробнее технические и энергетические характеристики 
компонентов ФЭУ. 
2.1.1.1 Технические характеристики компонентов ФЭУ 
ФЭМ
Использование в установке фотоэлектрических модулей с двусторонней 
светочувствительностью было обусловлено их относительно высоким КПД (более 
16%), достигаемым, в том числе, за счет практически прозрачности для 
инфракрасного излучения, что критично в связи с влиянием температуры модуля 
на эффективность солнечной генерации (Рисунок 2.3). Благодаря этому модули 
меньше нагреваются в процессе эксплуатации (до 40…50°С против 50…60°С у 
модулей с односторонней светочувствительностью), а значит, имеют меньшие 
потери. 

---

49 
Рисунок 2.3 — Зависимость рабочих параметров ФЭМ от температуры 
модуля при стандартных условиях испытаний (англ. –