Энергоэффективный интегральный термоэлектрический преобразователь солнечной радиации

Цель. В статье рассматривается преобразование солнечной радиации в электричество с использованием одновременно нескольких эффектов, которые дополняют друг друга и преобразуют недостатки одного способа преобразования в достоинства другого способа. Метод. Применены методы моделирования теплообменных процессов при многократном переотражении светового потока на солнечном концентраторе цилиндрической формы. Результат. Предлагается сформировать интегральную совокупность полупроводниковых преобразователей фотонов совместно с фотоэффектом на металлических электродах с низкой работой выхода электронов и термоэлектрическим эффектом, что позволит повысить энергоэффективность всей конструкции с дополнительным многократным переотражением фотонов на концентраторе солнечных лучей в виде цилиндрической поверхности с радиально расположенными зеркальными металлическими электродами. Фотоны при попадании на энергоэффективный интегральный термоэлектрический преобразователь солнечной радиации в электроэнергию будут либо преобразованы на p-n-переходе солнечной батареи, либо участвовать в фотоэффекте на электродах, либо будут поглощены материалом конструкции, нагреют её и выработают на термогенераторе также электричество. Такой подход позволяет повысить КПД до максимально возможного значения. Вывод. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что все попавшие фотоны на энергоэффективный интегральный термоэлектрический преобразователь солнечной радиации будут преобразованы в электричество в той или иной степени, и только незначительная часть будет рассеяна в виде тепловых потерь или переотражений наружу.

1. Патент РФ № 2335825. Термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М. // 10.10.2008.

2. Патент РФ № 2575614. Термоэлектрический генератор с высоким градиентом температур между спаями / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Челушкин Д.А. // Б.И. № 5,2016.

3. Патент РФ № 2615041. Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Давыдова К.М., Акимова С.К., Исамилова З.А. // 03.04.2017.

4. Патент РФ № 2616741. Шарообразная солнечная батарея с многократным преломлением и отражением лучей в концентраторе / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Давыдова К.М., Акимова С.К., Исамилова З.А. // 18.04.2017.

5. Патент Солнечный теплогенератор. https://findpatent.ru/patent/172/1726923.html

6. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. // СПб.: Политехника, 2005. 533 с.

7. Конструирование и принцип действия оксидных солнечных ячеек/ А. В. Рыженков, Т. Н. Патрушева, А. В. Попов, Н. В. Маглинец // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2010. С. 256-261.

8. Краснок А.Е., Максимов И. С., Денисюк А. И., Белов П. А, Мирошниченко А. Е., Симовский К. Р., Кившарь Ю. С. Оптические нано-антенны // Успехи физических наук. -2013. - Т.183, №6. - С.561-589. - doi:10.3367/UFNr.0183.201306a.0561.

9. Паращук, Д. Ю. Современные фотоэлектрические и фотохимические методы преобразования солнечной энергии: препринт / Д. Ю. Паращук; МГУ. - М.: УНЦ ДО НИИЯФ МГУ, 2009. 20 с.

10. Патрушева, T. H. Фотоактивные оксидные пленки и гетероструктуры / Т. Н. Патрушева, Т. Н. Шелованова // Журнал СФУ. Техника и технология. - 2009. - Т. 2, № 2. - С. 151-159.

11. Сибатов, P. T. Дробно-дифференциальная теория аномальной кинетики носителей заряда в неупорядоченных полупроводниковых и диэлектрических системах: дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07 / Р. Т. Сибатов. - Ульяновск, 2012.

12. Фролкова Н.О. Обобщенная модель солнечного элемента в среде Matlab Simulink / Н.О.Фролкова, О.А.Фролков // Материалы XI Международной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» СКМП-2010. С.70-72.

13. Bloomberg New Energy Finance Tier 1 module maker list, Q2 2016.

14. David Szondy. Stanford researchers develop self-cooling solar cells. (англ.). gizmag.com (25 July 2014). Дата обращения 6 июня 2016.

15. Jamri, M.S. Modeling and control of a photovoltaic energy system using the state-space averaging technique / M.SJamri, T.C.Wei // American Journal of Applied Science.- 2010.-№7.- p.682-691.

16. Frolkov O.A. // 13 International Conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components. ICEEE-2010. p. 152.

17. Ramabadran R. Effect of Shading on Series and Parallel Connected Solar PV Modules / R. Ramabadran, B. Mathur // Modern applied science. 2010. Vol.3. №.10.рр.32-41.

18. Single-wire dye-sensitized solar cells wrapped by carbon nanotube film electrodes / S. Zhang, С. Ji, Z. Bian et al. // Nano Lett. 2011. Vol. 11.рр. 3383-3387.

19. Synopsys' Sentaurus TCAD Used to Simulate Solar Cell Performance Characteristics at NREL: Электронный ресурс. (http://synopsys.mediaroom.com/index.php?s=43&item=737). Проверено 28.11.2010.

20. Znajdek, К. Review of simulation models suitability for characterization of actual Si PV cells / K.Znajdek // XII International PhD Workshop OWD 2010. рp.423-425.