ГОСТ Р 56983-2016 Устройства фотоэлектрические с концентраторами. Методы испытаний.

Устройство фотоэлектрическое с концентратором (УФК) представляет собой систему фотоэлементов, линз и концентраторов, преобразующую световую энергию в электрическую.

Концентратор – сферические или плоские линзы, концентрирующие падающие на них солнечные лучи. Роль концентратора могут выполнять зеркальные вогнутые отражатели. Предназначены для повышения эффективности солнечных установок.

УФК преобразуют энергию солнца по трем технологическим видам:

• Концентрированные солнечные технологии (CSP) предназначены для нагрева воды до парообразного состояния. Производство электроэнергии осуществляется на электростанции генератором с паровой турбиной;
• Концентрированная солнечная тепловая энергия (CST) – фокусирование солнечной энергии производится оптическими устройствами. Теплоноситель нагревается в высокотемпературном коллекторе до 300-400 °С и используется для отопления;
• Концентратор фотовольтаический (CPV) – солнечная энергия напрямую преобразуется в электрическую фотоэлементами.

Принцип работы УФК

Принцип работы рассмотрим на примере системы CPV. Данная технология для концентрации солнечного света использует оптические элементы, фотоэлементы и устройство слежения.

Оптические элементы (линзы, зеркала) фокусируют большое количество света на небольшую площадь солнечных фотоэлементов.

Оптические элементы

Солнечные батареи преобразуют полученный сгусток света в электрическую энергию.

Солнечные батареи

Система слежения регулирует положение оптических элементов в направлении падения солнечных лучей. Максимальное значение энергии достигается только при перпендикулярном воздействии падающего солнечного света.

Система слежения

Принцип работы УФК заключается в преобразовании световой солнечной энергии в электрическую или тепловую.

Виды солнечных концентраторов

УФК в зависимости от конструктивных особенностей и особенностей делятся на три основных вида. Первый (наиболее практичный) – солнечный концентратор на линзах Френеля. В нем линзы установлены сверху над фотоэлементами. Такая конструкция относительно простая в изготовлении и эксплуатации, обладает достаточно высокой концентрацией солнечных лучей. Не маловажную роль играет экономический эффект – позволяет уменьшить количество фотоэлементов без ущерба производительности солнечной панели. При проведении экспериментов удалось выяснить, что такая панель увеличивает эффективность солнечной батареи до 28,5 % (при КПД солнечной батареи в обычном исполнении 13-14 %).

Второй тип УФК – солнечные концентраторы на сферических линзах. Более сложный в монтаже и эксплуатации, улавливает лучи под любым углом. Производительность солнечной панели достигает 35 %. Основное достоинство – не требует установки системы слежения движения солнца.

Третий тип УФК представляет собой зеркальные отражатели для солнечных коллекторов. Применяется для нагрева теплоносителя по принципу фокусирования солнечных лучей на тепловом коллекторе. В солнечных печах вода нагревается до 1480 °С, в тепловых установках до 100-200 °С.

Преимущества УФК

УФК обладают рядом неоспоримых преимуществ. Главными из них являются:

• Потенциал достижения высокой эффективности в сравнении с другими фотоэлектрическими системами.
• Высокая эффективность УФК обуславливает снижение затрат на производство энергии. Налицо экономический эффект.
• Отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.
• Экономическая жизнеспособность – достигается развитием технологий и снижением затрат при производстве УФК.

Из недостатков фотоэлектрических устройств отмечают их низкий КПД, сложность изготовления конструкции и высокие затраты на этапе изготовления. Самым существенным недостатком является невозможность работы при отсутствии яркого солнечного освещения.

О сложности системы преобразования солнечной энергии можно судить по этому фото:

Солнечная станция

Несмотря на имеющиеся недостатки конструкции с УФК окупаются достаточно быстро и приносят огромную экономию в выработке электроэнергии и нагреве теплоносителя.

ГОСТ Р 56983-2016

Все фотоэлектрические устройства с концентраторами перед сдачей в эксплуатацию проходят проверку качества их изготовления. Руководящим документом является ГОСТ Р 56983-2016, который устанавливает перечень минимально необходимых испытаний для определения электрических и тепловых параметров УФК.

Образцы для испытаний выбираются из промышленной партии в готовом виде в количестве не менее семи изделий. В некоторых случаях образцы могут быть заменены их точными копиями уменьшенных размеров.

Испытания проводятся в три этапа – начальные, основные и завершающие. Начальные испытания включают:

• Визуальный контроль;
• Измерение вольт-амперных характеристик;
• Проверку заземления;
• Измерение сопротивления изоляции;
• Испытание изоляции на влагостойкость.

Далее приступают к основным испытаниям:

• Термоциклирование под нагрузкой;
• Испытания на воздействие высокой влажности при высокой температуре;
• Испытания на стойкость к ударам града и воздействию воды;
• Испытания на стойкость к механическим нагрузкам;
• Испытание на стойкость к УФ-излучению;
• Испытание на стойкость к местному перегреву;
• Испытания на повреждения при уходе луча.

Завершающие испытания проводятся в зависимости от требований и содержания основных испытаний.

В качестве примера рассмотрим порядок испытания на термоциклирование под нагрузкой (при высокой влажности).

Образец, не помещающийся в термокамеру, заменяется копией.

Испытательное оборудование:

• Термокамера – для изменения температуры и влажности на помещенный в нее образец;
• Приспособление для фиксации образца в термокамере;
• Датчики контроля температуры и влажности образца, устанавливаются в термокамере;
• Средства контроля целостности цепей – для контроля работоспособности электроцепей во время испытания.

Проведение испытаний. Образец помещают в термокамеру и подключают к нему приборы контроля температуры и целостности цепей. Создаются условия для испытаний согласно таблице 1 (см. табл. 1).

Таблица 1

Затем на образец и термокамеру подается напряжение и проводится требуемое количество циклов испытаний с циклическим изменением температуры от -40 ± 1,2 °С до табличной (см. табл. 1) в соответствии с графиком. Частота циклов – от 10 до 18 в день.

При проведении испытания КИП фиксируют изменения тока и температуры.

После окончания испытаний образец вынимается из термокамеры и подвергается завершающим испытаниям, где визуально оцениваются его внешний вид, измеряется сопротивление изоляции и производится испытание изоляции на влагостойкость.

После обработки полученных результатов всех испытываемых параметров составляется протокол испытаний, в котором указывается:

• Название документа;
• Наименование и адрес испытательной лаборатории;
• Дата получения испытательных образцов;
• Описание образцов до испытаний;
• Характеристика и состояние образцов после испытаний;
• Описание метода испытания;
• Результаты измерений, проверок, расчетов с приложением таблиц, графиков, схем, рисунков и фотоснимков;
• Должность и подпись лица проводившего испытания.