Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения

Материалы лекции № 4.1.

Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения, определения эффективности энергетических установок на базе фотопреобразователей и концентраторов солнечной энергии и их экспериментальной отработки.

*****

Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения и экспериментального определения эффективности фотопреобразователей и концентраторов солнечной энергии. Общие требования к структуре стендов для проведения испытаний на воздействие солнечного излучения и для экспериментальной отработки элементов и устройств фотоэлектрических энергетических систем. Установки для проведения испытаний на воздействие солнечного излучения. Методы проведения испытаний на воздействие солнечного излучения. Экспериментальные моделирующие стенды для испытания и исследования фотоэлектрических преобразователей и солнечных батарей.

Приложение 1. Стандартные условия проведения испытаний солнечных СЭУ. Особенности потока солнечной энергии у поверхности Земли. Международная стандартизация спектра наземного солнечного излучения.

*****

4.1.1. Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения, определения эффективности энергетических установок на базе фотопреобразователей и концентраторов солнечной энергии и их экспериментальной отработки.

Одним из важных факторов окружающей среды, воздействующих на технические системы, является солнечная радиация. Наличие широкого спектра излучения энергии Солнца приводит к различным воздействиям, вызывающим, в частности, фотохимические процессы деградации материалов (пластмасс, красок, покрытий и т. п.), сопровождающиеся изменением внешнего вида изделий, ухудшением их электрических и механических характеристик. В зависимости от назначения и условий эксплуатации изделия оно может подвергаться воздействию солнечного излучения: в вакууме или при атмосферном давлении, в сухом или во влажном, жарком, теплом или холодном климате. Необходимо также отметить, что в любой возможной комбинации, воздействие солнечного излучения носит циклический характер (суточный цикл). Кроме того, для некоторой части энергетических систем излучения Солнца являются источником энергии, которую указанные системы преобразуют в электрическую либо тепловую.

Таким образом, с использованием излучения Солнца возможно и необходимо производить два различных по своим задачам вида испытаний:

1.  Выяснение степени воздействия солнечного излучения на элементы и материалы слагающие техническую систему;

2.  Выяснение эффективности энергетических систем, как преобразователей солнечной энергии в электрическую либо тепловую.

Первая задача (первый вид испытаний) может решаться в отношении практически любых технических систем, в том числе и в отношении составляющих ракетно-космических систем находящихся как на Земле, так и в космическом пространстве.

Вторая задача (второй вид испытаний) специфична и относится только к фотоэлектрическим преобразователям и концентраторам солнечной энергии.

В настоящее время преимущественно используются солнечные ЭУ с кремниевыми фотоэлектрическими преобразователями солнечного излучения в электрическую энергию (солнечные батареи). Большой интерес представляют также солнечные тепловые ЭУ, в которых электрическая энергия вырабатывается за счет преобразования солнечного излучения в тепло. Получение необходимой температуры достигается с помощью концентраторов, которые представляют тобой зеркальные отражающие поверхности (преимущественно сферической или параболической формы). Сконцентрированный поток излучения, попадает в приемник, который может быть выполнен в виде полого тела, с отверстием для входа лучистого потока. В приемнике происходит превращение сконцентрированного солнечного потока в тепло, которое затем используется в преобразователе тепловой энергии в электрическую.

Солнечные ЭУ могут выполняться по двум основным схемам: с использованием систем прямого преобразования солнечной энергии в электрическую (термоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи); и с двухступенчатым преобразованием: солнечного излучения в тепло, а далее тепла в электроэнергию с применением машинных систем преобразования, которые работают по замкнутым термодинамическим циклам Ренкина, Брайтона и Стирлинга.

Полупроводниковые кремниевые солнечные батареи состоят из панелей, на которых размещено большое количество электрически связанных элементов (фотоэлектрических преобразователей). Отдельные солнечные элементы, блоки элементов и целые панели подвергаются испытаниям в условиях высокого вакуума, вибрационным нагрузкам и циклическому нагреву. Большое внимание при испытаниях уделяется надежности монтажа. Испытаниям подвергаются также и другие элементы солнечной энергетической установки с солнечными батареями (например, буферные аккумуляторные батареи, реле, предохранители, электрические преобразователи и т. д.). При стендовых испытаниях фотоэлектрических преобразователей регистрируют следующие характеристики: вольтамперную, интегральной и спектральной чувствительности и другие.