Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
C олнечная энергия в архитектуре и природе Доц. Тюхов И. И. кафедра ЮНЕСКО в ГНУ ВИЭС, кафедра физики им. Фабриканта МЭИ (...
О чем пойдет речь Возобновляемая энергетика Концентраторы солнечного излучения Изображающие и неизображающие концентраторы...
Ближайшая перспектива [Solar PV energy conversion & 21 century’ civilization, Hamakawa, SEM$SC, 2002]
Историческая перспектива Fahrenbruch A., Bube R. Fundamentals of solar cells. Photovoltaic solar energy conversion, NY, 1983
3 - E  трилемма [Solar PV energy conversion & 21 century’ civilization, Hamakawa, SEM$SC, 2002]
Доля возобновляемых источников энергии в общем производстве электроэнергии, млрд.кВт.ч (%) Общее производство электрическо...
В России принята программа развития альтернативной энергетики <ul><li>Правительство РФ 8 января 2009  г. приняло программу...
New Industry Emerging Annual PV shipment growth 20-30% Combined Heat & Power Solar system (CHAPS) for  electricity & hot w...
ПРЕИМУЩЕСТВА концентраторных систем перед плоскими солнечными модулями   низкая стоимость ожидаемые стоимости для  GaAs  п...
Что означает  BP?
Терминология   и   История Ключевые слова :  Фокон, фоклин   Неизображающая оптика   CPC - compound parabolic concentrator...
Фокон   (простейшая   форма неизображающих концентраторов 2    =   /2 -     конический фокон  
Квазиизображение  лимона в фоконе
Термодинамический предел для  солнечного концентратора Поток излучения на поверхности Солнца  ~ 6.3  кВт / см 2 , На орбит...
Изображающая и неизображающая оптика Ось параболы Увеличительное стекло (линза) Параболоторический фокон ,  Баранов   В. К...
Можно ли создать идеально концентрирующий изображающий концентратор ? D = 2 r sinθ d = 2 r sinθ/cos Φ D/d = sin Φ  cos Φ /...
Двухсторонние СЭ <ul><li>   Использование структур с изотипным  переходам. </li></ul><ul><li>   Сохранение диффузионной ...
Концентраторные технологии ВИЭСХ <ul><li>Применение двухсторонних СЭ </li></ul><ul><li>Использование неизображающей оптики...
Основные идеи технологий ВИЭСХ  <ul><li>неизображающая оптика для концентраторов без слежения </li></ul><ul><li>асиметричн...
Ход лучей
Световая полоса на фото-электрическом приемнике
Проект в  UO  и  OIT
Концентратор – козырек  UO
Испытания в  OIT
Vision of integrating by research architect – thanks to Joel H. Goodman
Применение неизображающей оптики в анидолических  системах освещения
Лето Зима Heliodon
Установка для моделирования движения Солнца
Пример частичного затенения ФЭ Главным преимуществом физической модели является, то что она позволяет наглядно показать яв...
НАЗЕМНЫЙ СОЛНЕЧНО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С ПОЛЕЗНОЙ ЭЛЕКРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ (ФГУП ВЭИ) W электрическая =  1  кВт W...
Концентрация солнечного излучения в цветах [ НиЖ, 1977, №6, Н. Малютин ]
Терморегуляция у цветков лотоса   <ul><li>Лотос – водное растение семейства кувшинковых (символ солнца у египтян, потому, ...
Ловушка для света
Другие примеры <ul><li>Гомойотермные растения и животные </li></ul><ul><li>Гелиотропы </li></ul><ul><li>Четырехглазки ( An...
Проблемы и вопросы для дальнейшей проработки <ul><li>Концентрация излучения в цветах (геометрия, спектры, слежение за Солн...
 
Вечная энергия Солнца
Спасибо за внимание!   [email_address] Адрес: 109456, Москва, 1-ый Вешняковский  проезд, дом 2, ГНУ ВИЭСХ Тел :  (+7  499)...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Solar Energy & Architect

1,916 views

Published on

  • Be the first to comment

Solar Energy & Architect

  1. 1. C олнечная энергия в архитектуре и природе Доц. Тюхов И. И. кафедра ЮНЕСКО в ГНУ ВИЭС, кафедра физики им. Фабриканта МЭИ (ТУ)
  2. 2. О чем пойдет речь Возобновляемая энергетика Концентраторы солнечного излучения Изображающие и неизображающие концентраторы История и терминология Двухсторонние СЭ Гибридные концентраторные системы Цветы – концентраторы СИ Демонстрации
  3. 3. Ближайшая перспектива [Solar PV energy conversion & 21 century’ civilization, Hamakawa, SEM$SC, 2002]
  4. 4. Историческая перспектива Fahrenbruch A., Bube R. Fundamentals of solar cells. Photovoltaic solar energy conversion, NY, 1983
  5. 5. 3 - E трилемма [Solar PV energy conversion & 21 century’ civilization, Hamakawa, SEM$SC, 2002]
  6. 6. Доля возобновляемых источников энергии в общем производстве электроэнергии, млрд.кВт.ч (%) Общее производство электрической энергии в России, млрд.кВт.ч Прогноз (2004 г.) использования возобновляемых источников энергии в России для выработки электрической энергии (с учётом малых ГЭС мощностью до 30 МВт)
  7. 7. В России принята программа развития альтернативной энергетики <ul><li>Правительство РФ 8 января 2009 г. приняло программу развития альтернативной энергетики, которая предполагает увеличение ее доли в энергобалансе страны до 4,5% к 2020 году (в 2010 году - 1,5 процента; в 2015 году - 2,5 ) </li></ul><ul><li>обеспечить разработку и реализацию программ распространения знаний об использовании возобновляемых источников энергии и подготовки специалистов в области проектирования и эксплуатации генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии; </li></ul><ul><li>Сейчас с использованием возобновляемых источников энергии ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд. кВт.ч электрической энергии (без учета гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт), что составляет менее 1 процента от общего объема производства электроэнергии в Российской Федерации. </li></ul>
  8. 8. New Industry Emerging Annual PV shipment growth 20-30% Combined Heat & Power Solar system (CHAPS) for electricity & hot water Prototype of a domestic CHAPS System A solar field in the Mojave Desert 100 MWatts !
  9. 9. ПРЕИМУЩЕСТВА концентраторных систем перед плоскими солнечными модулями низкая стоимость ожидаемые стоимости для GaAs параболических концентраторов 7-4 цента/кВт час повышенная эффективность только концентраторные системы позволяют достигать кпд выше 20% большая доступность в материалах для концентраторов используются традиционные строительные материалы в отличие от Si , In и т. д. использование менее токсичных материалов многие пленочные технологии используют такие токсичные материалы как, например, Cd легкость утилизации современные тенденции массового производства предъявляют требования к утилизации, концентраторы состоят в основном из легко утилизируемых: стали, алюминия, пластиков больший годовой выход энергии слежение увеличивает интегральный энергетический выход возможности использования местного производства за исключением солнечных элементов все компоненты концентраторов могут производиться везде и вблизи мест непосредственного использования легкость увеличения масштабов производства мощности существующих полупроводниковых производств достаточны для ожидаемых поставок солнечных элементов, остальное производство относится к достаточно стандартному механическому, что существенно снижает необходимые капитальные вложения
  10. 10. Что означает BP?
  11. 11. Терминология и История Ключевые слова : Фокон, фоклин Неизображающая оптика CPC - compound parabolic concentrators (2D , 3D) &quot; anidolic &quot; (&quot; an &quot;= без , eidolon &quot;=image б др. греч. ) Двухсторонние СЭ 1. Баранов В. К. (1965) получил несколько АС ( № 167327 “ Фокон ”, #200530) и опубликовал статьи о параболоторических фоконах для концентрации солнечной энергии ( Гелиотехника , 1966), Баранов и Мельников описали зхарактеристики полых фоконов (1966) 2. Winston и Hinterberger ( USA) описали устройство для сбора света всчетчиках Черенкова (efficient light coupler , 1966 …) 3. Ploke ( Germany ) ( 1967) описал симметричный CPC имеющий преломляющую среду, P loke (1969) получил немецкий патент для фотометрических применений аксиально симметричный CPC .
  12. 12. Фокон (простейшая форма неизображающих концентраторов 2  =  /2 -  конический фокон  
  13. 13. Квазиизображение лимона в фоконе
  14. 14. Термодинамический предел для солнечного концентратора Поток излучения на поверхности Солнца ~ 6.3 кВт / см 2 , На орбите Земли ~137 мВт / см 2 , На поверхности Земли 80- 100 mW/cm 2 , [Winston, 1990, Sunlight brighter than the Sun]
  15. 15. Изображающая и неизображающая оптика Ось параболы Увеличительное стекло (линза) Параболоторический фокон , Баранов В. К., 1965 2 f  2a f  С = a/ ( f  ) Фокус параболы Ось фокона 
  16. 16. Можно ли создать идеально концентрирующий изображающий концентратор ? D = 2 r sinθ d = 2 r sinθ/cos Φ D/d = sin Φ cos Φ /sinθ = sin2 Φ /2 sinθ С = (D/d) 2 = (1/ 4) sin 2 2 Φ /2 sin 2 θ ≤ (1/ 4)/2 sin 2 θ ≤ (1/ 4) C max [ R. Winston, 1997] θ θ θ F Φ D/2 d/2 rθ
  17. 17. Двухсторонние СЭ <ul><li>   Использование структур с изотипным переходам. </li></ul><ul><li>   Сохранение диффузионной длины неосновных носителей заряда во время диффузии . </li></ul><ul><li>Пассивация n + - поверхности с той же пленкой SiO 2 , что и при </li></ul><ul><li>диффузионном процессе . </li></ul><ul><li>   Использование прозрачного тыльного контакта. </li></ul>СЭ делаются из кремния с р-п переходами . КПД СЭ составляет 13 - 17%, отношение тока КЗ при освещении с тыльной стороны и лицевой стороны составляет 50 - 90%.   
  18. 18. Концентраторные технологии ВИЭСХ <ul><li>Применение двухсторонних СЭ </li></ul><ul><li>Использование неизображающей оптики для концентраторов без слежения </li></ul><ul><li>Новые технологии модулей без использования пластиков со сроком службы до 50 лет </li></ul>
  19. 19. Основные идеи технологий ВИЭСХ <ul><li>неизображающая оптика для концентраторов без слежения </li></ul><ul><li>асиметричные (симметричные) концентрирующие зеркала </li></ul><ul><li>двухсторонние СЭ </li></ul><ul><li>в беспластиковых модулях </li></ul><ul><li>получение тепла (комбинированные системы) </li></ul>Q
  20. 20. Ход лучей
  21. 21. Световая полоса на фото-электрическом приемнике
  22. 22. Проект в UO и OIT
  23. 23. Концентратор – козырек UO
  24. 24. Испытания в OIT
  25. 25. Vision of integrating by research architect – thanks to Joel H. Goodman
  26. 26. Применение неизображающей оптики в анидолических системах освещения
  27. 27. Лето Зима Heliodon
  28. 28. Установка для моделирования движения Солнца
  29. 29. Пример частичного затенения ФЭ Главным преимуществом физической модели является, то что она позволяет наглядно показать явление постоянного изменения солнца на небе с течением суток, временем года в зависимости от географической широты и оценить тень от объектов и ее влияние на снижение эффективности солнечных установок
  30. 30. НАЗЕМНЫЙ СОЛНЕЧНО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С ПОЛЕЗНОЙ ЭЛЕКРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ (ФГУП ВЭИ) W электрическая = 1 кВт W тепловая = 3.5 кВт AС 220 V, 50 Hz DC 12 , 24 , 36 V Макет солнечно-энергетического модуля Приемный блок Монтаж макета на системе слежения Проект опытного образца
  31. 31. Концентрация солнечного излучения в цветах [ НиЖ, 1977, №6, Н. Малютин ]
  32. 32. Терморегуляция у цветков лотоса <ul><li>Лотос – водное растение семейства кувшинковых (символ солнца у египтян, потому, что почти одновременно с восходом и заходом солнца раскрывался и закрывался его цветок) </li></ul><ul><li>Цветкам легендарного лотоса, нередко называемого священным </li></ul><ul><li>растением, свойственны теплообразование и терморегуляция </li></ul><ul><li>( R.S.Seymour ) -Мотеля ( Paul Schultze-Motel ) университет </li></ul><ul><li>г. Аделаида, Австралия. </li></ul><ul><li>Поразительная красота цветков и гелиотропизм. </li></ul><ul><li>Гомойтермичный период в цветоложе - температура </li></ul><ul><li>от 30 до 35 град С: при температуре окружающего воздуха 10 град С температура цветоложа была   30 град С, а при температуре воздуха 30 град С цветоложе разогревалось до 35 град. При внешней температуре более 30 град температура цветоложа продолжала оставаться на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. </li></ul><ul><li>Термоизоляция для насекомых </li></ul>
  33. 33. Ловушка для света
  34. 34. Другие примеры <ul><li>Гомойотермные растения и животные </li></ul><ul><li>Гелиотропы </li></ul><ul><li>Четырехглазки ( Anableps ), род живородящих рыб семейства четырехглазковых, отрю карпозубообразных. Длина тела 15-20 см, редко до 30 см. Глаз у четырехглазки (роговица и сетчатка) разделен эпителиальной перегородкой на две части – верхнюю и нижнюю. Верхние половины глаз приспособлены для зрения вне воды. Это позволяет четырехглазке, плавающей обычно у поверхности воды, видеть одновременно над и под водой. Известно два вида. Четырехглазки обитают в лагунах Центральной Америки и сев. Юж. Америкию питаются мелкими беспозвоночными (главным образом воздушными насекомыми), выслеживая их в воде и над ее поверхностью. Оплодотворение у четырехглазки внутреннее. Выметывают 1-5 мальков длиной 1-5 см. </li></ul><ul><li>[Жизнь животных, т. 4, ч. 1, М., 1971] </li></ul>
  35. 35. Проблемы и вопросы для дальнейшей проработки <ul><li>Концентрация излучения в цветах (геометрия, спектры, слежение за Солнцем, терморегуляция…) </li></ul><ul><li>Использование принципа двухстороннего приема в листьях </li></ul><ul><li>Квазистатические системы слежения в цветах </li></ul><ul><li>Алгоритм возвращения к исходной точке (восхода Солнца) </li></ul><ul><li>Два максимума в спектре поглощения хлорофилла </li></ul><ul><li>Неизображающие системы для парников </li></ul><ul><li>Аккумулирование солнечного излучения в биомассе </li></ul><ul><li>Симметрия и асимметрия в растения </li></ul><ul><li>Термические и световые часы растений </li></ul><ul><li>Адаптация для различных уровней освещения </li></ul><ul><li>Принцип запасания энергии для строительства </li></ul><ul><li>Симметрия в цветах </li></ul>
  36. 37. Вечная энергия Солнца
  37. 38. Спасибо за внимание! [email_address] Адрес: 109456, Москва, 1-ый Вешняковский проезд, дом 2, ГНУ ВИЭСХ Тел : (+7 499) 171-05-23, (+7 499 ) 171-19-20 Fax: (+7 499 ) 170 51 01 E-mail: [email_address]

×