|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г.ПятигорскеСтр 1 из 3Следующая ⇒
МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г.Пятигорске
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Нетрадиционная электроэнергетика» для направления подготовки13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания являются заготовкой к лабораторным работам по дисциплине «Нетрадиционная электроэнергетика» и предназначены для студентов направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника дневной и заочной форм обучения. При подготовке к лабораторным занятиям необходимо подготовить протокол лабораторной работы, который будет соответствовать требованиям к содержанию отчета с использованием рекомендуемой литературы и источников Internet. Применение методических указаний позволяет интенсифицировать процесс изучения характеристик фотоэлектрического модуля, помогает студентам приобретать навыки работы с оборудованием и технической литературой. Лабораторная работа №1 «Снятие вольт-амперной характеристики фотоэлектрического модуля U=f(I)» Цель: изучение аппаратуры, используемой в экспериментах, снятие и построение вольт-амперной характеристики фотоэлектрического модуля U=f(I). Формируемые компетенции:
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате освоения темы Знает - физические принципы, на которых основана работа установок по выработке нетрадиционных видов энергии; - типовые электротехнологические процессы преобразования энергии; - виды энергии которые можно использовать; Умеет: - работать со справочной литературой, отражающей характеристики материалов; - внедрять электротехнологические способы преобразования нетрадиционных видов энергии; - грамотно эксплуатировать электротехнологические и энергетические установки. Владеет: - методами оценки свойств и способами подбора материалов для проектируемых систем - методиками выполнения расчетов применительно к использованию электротехнических и конструкционных материалов; - навыками проведения стандартных испытаний и входного контроля материалов и комплектующих электроэнергетического и электротехнического оборудования Теоретическая часть Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) был открыт французским ученым А.Э. Беккерелем в 1839 году и основан на способности токопроводящих материалов испускать электроны под действием электромагнитного излучения, в том числе и света. Фотоэффект проявляется в фотоэлектрической системе, напрямую преобразующей солнечную энергию в электричество. Для работы фотоэлектрической системы необходим дневной свет. Фотоэлектрические системы не должны обязательно находиться под прямыми солнечными лучами, так что даже в пасмурные дни фотоэлектрические панели могут вырабатывать некоторое количество электроэнергии. Простейшая конструкция фотоэлектрического или солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния показана на рис. 1.1. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p–n-переход с тонким металлическим контактом; на тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Рисунок 1.1 – Простейшая конструкция фотоэлектрического элемента
Фотоэлектрические модули состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в фотоэлектрических модулях для того, чтобы производить больше электричества. Производятся модули 4 основных типов: Модули в алюминиевой рамке и покрытые стеклом имеют лицевую поверхность из стекла (по специальному заказу возможно применение специального закаленного стекла), обеспечивающего наилучшие показатели по пропусканию света и защиту от внешних воздействий. Модули на стекле без рамки и клеммной коробки. Поставляются на заказ. В наличии обычно есть модули мощностью 10-12 Вт 12В. Безрамочные ламинированные фотоэлектрические модули (облегченные) без стекла и клеммной коробки. Такие модули подходят для применения как компонент переносных устройств, устройств со встроенной солнечной батареей, и т.п. Обычно такие модули изготавливаются на основе стеклотекстолита с пиковой мощностью до 15 Вт. Напряжение обычно 12 или 6 В. Изготовление других модулей такого типа (на другой основе и большей мощностью) производится по заказу. Двусторонние модули - это новый тип модулей, преобразующих энергию света с обоих сторон - как с тыльной, так и с лицевой. Также имеют алюминиевую рамку. Эти модули могут быть использованы в любой фотоэлектрической установке. Требованием является открытость задней поверхности для того, чтобы она могла получать отраженное и рассеянное излучение. Такие модули обеспечивают существенное снижение стоимости пикового ватта мощности фотоэлектрической установки. Естественно, такие модули могут использоваться и в " обычных" фотоэлектрических системах, где задняя сторона модуля не освещается.
Рисунок 1.2 Солнечные модули (состоящие из различного числа фотоэлектрических или солнечных элементов) производятся многих типов и размеров. Наиболее типичные - это кремниевые фотоэлектрические модули мощностью 40-160 Wp (пиковый ватт, т.е. мощностью максимум в 40-160 Вт при ярком солнце). Такой фотоэлектрический модуль имеет размер от 0, 4 до 1, 6 м2. Фотоэлектрические (солнечные) модули могут соединяться между собой в фотоэлектрические (солнечные) батареи для того, чтобы получить большую мощность (например, 2 модуля по 50 Wp, соединенных вместе, эквивалентны модулю мощностью 100 Wp). Содержание отчета Отчет должен содержать: · название работы; · цель работы; · краткие теоретические сведения; · описание используемого оборудования и материалов; · порядок выполнения работы; · вычисления и обработка результатов, построение графиков; · выводы.
Рисунок 1.4 – Схема электрических соединений
Контрольные вопросы 1.Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель. 2. Назовите основные элементы лабораторного стенда и объясните их назначение. 3. Конструкция солнечного элемента. 4. Что называют солнечным модулем? Основные типы модулей? 5. Что такое вольт-амперная характеристика (ВАХ) солнечного элемента? Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме 1. Правила технической эксплуатации электроустановок потребите- лей. – М.: Энергосервис, 2003. – 162 с. 2.Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие /, Сибикин Ю.Д., Сибикин Ю.Д. М.: ИП РадиоСофт, 2009. 232 с. Интернет-ресурсы: 1. Электронный образовательный ресурс [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.edu.ru/ 2. Электронная библиотека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.elibrari.ru/ 3. Университетская библиотека online [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.biblioclub.ru/ 4. Электронная библиотека технической литературы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.tehlit.ru/ Лабораторная работа № 2 Снятие энергетической характеристики фотоэлектрического модуля P=f(U) Цель: изучение аппаратуры, используемой в экспериментах, снятие и построение энергетической характеристики фотоэлектрического модуля Р=f(I). Формируемые компетенции:
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате освоения темы Знает - физические принципы, на которых основана работа установок по выработке нетрадиционных видов энергии; - типовые электротехнологические процессы преобразования энергии; - виды энергии которые можно использовать; Умеет: - работать со справочной литературой, отражающей характеристики материалов; - внедрять электротехнологические способы преобразования нетрадиционных видов энергии; - грамотно эксплуатировать электротехнологические и энергетические установки. Владеет: - методами оценки свойств и способами подбора материалов для проектируемых систем - методиками выполнения расчетов применительно к использованию электротехнических и конструкционных материалов; - навыками проведения стандартных испытаний и входного контроля материалов и комплектующих электроэнергетического и электротехнического оборудования Теоретическая часть Характеристики солнечного элемента • Напряжение холостого хода − это максимальное напряжение, создаваемое солнечным элементом, возникающее при нулевом токе (рис. 1.7). Оно равно прямому смещению, соответствующему изменению напряжения p–n-перехода при появлении светового тока. Напряжение холостого хода обычно обозначается хх или. Напряжение холостого хода монокристаллических солнечных элементов высокого качества достигает 730 мВ. В коммерческих устройствах оно обычно находится на уровне 600 мВ. Напряжение холостого хода солнечного элемента мало меняется при изменении освещенности.
Рис.2.1. Вольт-амперная характеристика солнечного элемента и напряжение холостого хода • Ток короткого замыкания − это ток, протекающий через солнечный элемент, когда напряжение равно нулю (то есть когда солнечный элемент замкнут накоротко) (рис. 2.2). Ток короткого замыкания обычно обозначается 𝐼 кз или 𝐼 𝑠 𝑠. Он возникает в ре-зультате генерации и разделения сгенерированных светом носителей. В идеальном солнечном элементе при условии умеренных резистивных потерь он равен световому току. Поэтому ток короткого замыкания можно считать максимальным током, который способен создать солнечный элемент. Кроме того, он прямо пропорционально зависит от интенсивности света. • На практике солнечный элемент работает при комбинации тока и напряжения, когда вырабатывается достаточная мощность. Лучшее их сочетание называется точкой максимальной мощности (ТММ), соответствующие напряжение и ток обозначаются 𝑈 тмм и 𝐼 тмм. • Коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики (ВАХ) солнечного элемента (fill factor, FF). Ток короткого замыкания и напряжение холостого хода − это максимальные ток и напряжение, которые можно получить от солнечного элемента. Однако, при напряжении холостого хода и токе короткого замыкания мощность солнечного элемента равна 0.
Рисунок 2.2 Коэффициент заполнения – параметр, который в сочетании с напряжением холостого хода и током короткого замыкания определяет максимальную мощность солнечного элемента. Он вычисляется, как отношение максимальной мощности солнечного элемента к произведению напряжения холостого хода и тока короткого замыкания:
𝐹 𝐹 = (𝑈 ТММ ∙ 𝐼 ТММ)/(𝐼 кз∙ 𝑈 хх),
где 𝑈 ТММ – напряжение в точке максимальной мощности (ТММ), В; 𝐼 ТММ – ток в ТММ, А; 𝑈 хх – напряжение холостого хода, В; 𝐼 кз – ток короткого замыкания, А. Графически коэффициент заполнения представляет собой меру квадратичности солнечного элемента и равен максимальной площади прямоугольника, который можно вписать в вольт-амперную кривую (рис. 1.9). Так как коэффициент заполнения является мерой квадратичности вольт-амперной кривой, солнечный элемент с более высоким напряжением будет иметь и более высокий возможный коэффициент заполнения, поскольку закругленная часть кривой занимает меньше места. Коэффициент заполнения ВАХ является одним из основных параметров, по которому можно судить о качестве фотоэлектрического преобразователя. Типичные качественные серийно выпускаемые солнечные элементы имеют коэффициент заполнения ВАХ более 0, 7. Бракованные элементы имеют коэффициент заполнения ВАХ от 0, 4 до 0, 65. У аморфных элементов и других тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей коэффициент заполнения ВАХ 0, 4–0, 7. Чем больше коэффициент заполнения ВАХ, тем меньше потери в элементе из-за внутреннего сопротивления. При изготовлении каждый солнечный элемент тестируется и при этом измеряется его ВАХ и коэффициент заполнения. Если последний меньше 0, 7, то элемент классифицируется как Grade B и продается производителям супердешевых панелей, которые должны уведомлять покупателей о низком качестве элементов. • Коэффициент полезного действия (КПД) является самым распространенным параметром, по которому можно сравнить производительность двух солнечных элементов. Он определяется как отношение мощности, вырабатываемой солнечным элементом, к мощности падающего солнечного излучения. Кроме собственно производительности солнечного элемента, КПД также зависит от спектра и интенсивности падающего солнечного излучения и температуры солнечного элемента. Поэтому для сравнения двух солнечных элементов нужно тщательно выполнять принятые стандартные условия. КПД солнечного элемента определяется как часть падающей энергии, преобразованной в электричество [3]: η =(Р max/ P пад)∙ 100%,
где Pmax – максимальная мощность солнечного элемента, Вт, вычисляется по формуле Рmax = Uтмм ∙ Iтмм = FF ∙ Iкз ∙ Uхх, где Uтмм – напряжение в точке максимальной мощности, В; Iтмм – ток в точке максимальной мощности, А; FF – коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики; Iкз – ток короткого замыкания, А; Uхх – напряжение холостого хода, В. Pпад – мощность падающего солнечного излучения, Вт. Список литературы, рекомендуемый к использованию по данной теме 1. Правила технической эксплуатации электроустановок потребите- лей. – М.: Энергосервис, 2003. – 162 с. 2.Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие /, Сибикин Ю.Д., Сибикин Ю.Д. М.: ИП РадиоСофт, 2009. 232 с. Интернет-ресурсы: 5. Электронный образовательный ресурс [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.edu.ru/ 6. Электронная библиотека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.elibrari.ru/ 7. Университетская библиотека online [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.biblioclub.ru/ 8. Электронная библиотека технической литературы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.tehlit.ru/ Лабораторная работа №3 Снятие зависимости тока короткого замыкания фотоэлектрического модуля от энергетической освещенности IK=f(E) Цель: изучение аппаратуры, используемой в экспериментах, снятие и построение энергетической характеристики фотоэлектрического модуля IK=f(E). Формируемые компетенции:
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате освоения темы Знает - физические принципы, на которых основана работа установок по выработке нетрадиционных видов энергии; - типовые электротехнологические процессы преобразования энергии; - виды энергии которые можно использовать; Умеет: - работать со справочной литературой, отражающей характеристики материалов; - внедрять электротехнологические способы преобразования нетрадиционных видов энергии; - грамотно эксплуатировать электротехнологические и энергетические установки. Владеет: - методами оценки свойств и способами подбора материалов для проектируемых систем - методиками выполнения расчетов применительно к использованию электротехнических и конструкционных материалов; - навыками проведения стандартных испытаний и входного контроля материалов и комплектующих электроэнергетического и электротехнического оборудования Теоретическая часть
МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г.Пятигорске
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 727; Нарушение авторского права страницы
