Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах

В Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України розроблено мобільну сонячну електростанцію на основі кремнієвих фотоперетворювачів сонячної енергії, яка вирізняється наявністю вбудованих акумуляторів з відповідною електронною схемою контролю, а також компактністю і високою механ...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Литовченко, В.Г., Мельник, В.П., Романюк, Б.М., Дверніков, Б.Ф., Коркішко, P.М., Костильов, В.П., Мусаєв, С.М., Попов, В.Г., Черненко, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	Статті та огляди
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/90626
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах / В.Г. Литовченко, В.П. Мельник, Б.М. Романюк, Б.Ф. Дверніков, P.М. Коркішко, В.П. Костильов, С.М. Мусаєв, В.Г. Попов, В.В. Черненко // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 11. — С. 59-66. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-90626
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-906262015-12-30T03:01:56Z Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах Литовченко, В.Г. Мельник, В.П. Романюк, Б.М. Дверніков, Б.Ф. Коркішко, P.М. Костильов, В.П. Мусаєв, С.М. Попов, В.Г. Черненко, В.В. Статті та огляди В Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України розроблено мобільну сонячну електростанцію на основі кремнієвих фотоперетворювачів сонячної енергії, яка вирізняється наявністю вбудованих акумуляторів з відповідною електронною схемою контролю, а також компактністю і високою механічною міцністю, що дозволяє використовувати її в екстремальних (польових) умовах. Акумуляторна батарея дає змогу заряджати мобільні електронні пристрої в будь-який час, незалежно від умов освітленості. В Институте физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины разработана мобильная солнечная электростанция на основе кремниевых фотопреобразователей солнечной энергии, отличающаяся наличием встроенных аккумуляторов с соответствующей электронной схемой контроля, а также компактностью и высокой механической прочностью, что позволяет использовать ее в экстремальных (полевых) условиях. Аккумуляторная батарея дает возможность заряжать мобильные электронные устройства в любое время, независимо от условий освещенности. The results of the development of mobile solar power stations based on silicon solar energy photovoltaic converters are presented. The design is characterized by the presence of built-in batteries with an appropriate electronic control circuitry, as well as compactness and high mechanical strength. This allows using it in extreme (field) conditions. The presence of the accumulator allows for charging mobile electronic devices at any time, regardless of the lighting conditions. 2015 Article Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах / В.Г. Литовченко, В.П. Мельник, Б.М. Романюк, Б.Ф. Дверніков, P.М. Коркішко, В.П. Костильов, С.М. Мусаєв, В.Г. Попов, В.В. Черненко // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 11. — С. 59-66. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/90626 53.06 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Литовченко, В.Г. Мельник, В.П. Романюк, Б.М. Дверніков, Б.Ф. Коркішко, P.М. Костильов, В.П. Мусаєв, С.М. Попов, В.Г. Черненко, В.В. Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах Вісник НАН України
description	В Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України розроблено мобільну сонячну електростанцію на основі кремнієвих фотоперетворювачів сонячної енергії, яка вирізняється наявністю вбудованих акумуляторів з відповідною електронною схемою контролю, а також компактністю і високою механічною міцністю, що дозволяє використовувати її в екстремальних (польових) умовах. Акумуляторна батарея дає змогу заряджати мобільні електронні пристрої в будь-який час, незалежно від умов освітленості.
format	Article
author	Литовченко, В.Г. Мельник, В.П. Романюк, Б.М. Дверніков, Б.Ф. Коркішко, P.М. Костильов, В.П. Мусаєв, С.М. Попов, В.Г. Черненко, В.В.
author_facet	Литовченко, В.Г. Мельник, В.П. Романюк, Б.М. Дверніков, Б.Ф. Коркішко, P.М. Костильов, В.П. Мусаєв, С.М. Попов, В.Г. Черненко, В.В.
author_sort	Литовченко, В.Г.
title	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
title_short	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
title_full	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
title_fullStr	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
title_full_unstemmed	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
title_sort	мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/90626
citation_txt	Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах / В.Г. Литовченко, В.П. Мельник, Б.М. Романюк, Б.Ф. Дверніков, P.М. Коркішко, В.П. Костильов, С.М. Мусаєв, В.Г. Попов, В.В. Черненко // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 11. — С. 59-66. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT litovčenkovg mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT melʹnikvp mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT romanûkbm mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT dverníkovbf mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT korkíškopm mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT kostilʹovvp mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT musaêvsm mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT popovvg mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah AT černenkovv mobílʹnísonâčníelektrostancíídlâvikoristannâvpolʹovihumovah
first_indexed	2025-07-06T18:49:08Z
last_indexed	2025-07-06T18:49:08Z
_version_	1836924533557166080
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 59 ЛИТОВЧЕНКО Володимир Григорович — член-кореспондент НАН України, завідувач відділу Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України МЕЛЬНИК Віктор Павлович — доктор фізико-математичних наук, заступник директора ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України РОМАНЮК Борис Миколайович — доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України ДВЕРНІКОВ Борис Федорович — науковий співробітник ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України КОРКІШКО Роман Михайлович — провідний інженер ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України КОСТИЛЬОВ Віталій Петрович — доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України МУСАЄВ Сергій Мусаєвич — провідний інженер ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України ПОПОВ Валентин Георгійович — кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України ЧЕРНЕНКО Володимир Васильович — кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ІФН ім. В.Є. Лашкарьова НАН України УДК 53.06 МОБІЛЬНІ СОНЯЧНІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ В ПОЛЬОВИХ УМОВАХ В Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України розроблено мобільну сонячну електростанцію на основі кремнієвих фото- перетворювачів сонячної енергії, яка вирізняється наявністю вбудованих акумуляторів з відповідною електронною схемою контролю, а також ком- пактністю і високою механічною міцністю, що дозволяє використовувати її в екстремальних (польових) умовах. Акумуляторна батарея дає змогу заряджати мобільні електронні пристрої в будь-який час, незалежно від умов освітленості. Ключові слова: сонячний елемент, енергозбереження, електростанція, фотоперетворення, кремній, сонячна батарея, акумулятор. Вступ Активне використання відновлюваних джерел енергії зумов- лене швидким виснаженням запасів та подорожчанням видо- бування традиційного викопного палива, насамперед нафти, газу й вугілля, які є основою сучасної енергетики. За оцінками експертів, розвіданих і перспективних запасів нафти людству вистачить ще на 50—70 років, газу — на 100—120 років, вугіл- ля — на 250—300 років [1]. У зв’язку зі значним зменшенням запасів сировини для традиційної енергетики всі країни світо- вої спільноти, в тому числі й Україна, дедалі більше уваги при- діляють активному пошуку шляхів альтернативного енергоза- безпечення, зокрема розвитку сонячної енергетики. У 2014 р. загальне споживання енергії у світі становило 16,5 ТВт·год. Структуру глобального енергоспоживання наведено в табл. 1 [1]. Експерти передбачають, що до 2030 р. обсяги виробництва енергії за допомогою фотовольтаїки зростуть до 70 МВт·год і її частка становитиме до 10 % загального обсягу виробленої елек- троенергії у світі. Спектр використання фотовольтаїчних перетворювачів со- нячної енергії досить широкий — від стаціонарних сонячних електростанцій, які займають великі площі, до мобільних при- doi: 10.15407/visn2015.11.059 60 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ строїв для заряджання радіостанцій, приладів нічного бачення, мобільних телефонів, план- шетів, GPS-навігаторів тощо. Проте одним з основних недоліків таких пристроїв є їх досить значне енергоспоживання в «активному» ре- жимі, що обмежує час використання до 3—10 годин залежно від пристрою та умов роботи. При цьому джерело живлення, щоб у разі не- обхідності швидко й ефективно зарядити при- стрій, не завжди може бути доступним. Найпо- ширенішим рішенням є використання запасної батареї, але як бути, якщо і вона розрядилася? Отже, ми підходимо до проблеми пошуку ав- тономного мобільного джерела електроенер- гії. Серед різних первинних джерел енергії, які після перетворення дозволяють отримати електроенергію, ми бачимо лише один реаль- ний варіант для реалізації «мобільної електро- станції» — систему, що складається з фотогене- руючих панелей, акумуляторних пристроїв та контролера процесу заряджання їх від енергії сонячного випромінювання. Головним елементом сонячних батарей, або модулів, є напівпровідниковий сонячний еле- мент, який перетворює енергію сонячного ви- промінювання на електричну. Аналіз пропозицій мобільних сонячних електростанцій [1, 2] свідчить, що основним недоліком сучасних зарядних пристроїв на основі сонячних елементів є досить тривалий процес заряджання (понад 10 годин) навіть за високого рівня освітленості. Більшість соняч- них батарей не мають вбудованого акумулято- ра, який накопичує енергію вдень, а потім під- заряджає прилади за умов низької освітленості (вночі). До того ж багато відомих конструкцій характеризуються низькою надійністю, що не дозволяє ефективно використовувати їх у по- льових умовах. Для вирішення цієї проблеми в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України розроблено та налагоджено ви- готовлення мобільних електростанцій на осно- ві кремнієвих сонячних елементів потужністю 10—40 Вт. Цей сучасний виріб призначений для використання в польових умовах, зокрема у зоні проведення антитерористичної операції, геологічних експедиціях тощо, для живлення і заряджання малопотужної електронної апара- тури (радіостанцій, мобільних телефонів, те- пловізорів, планшетів та ін.). Дослідження та випробування виготовлених сонячних батарей виконувалися в Центрі випробувань фотопе- ретворювачів та батарей фотоелектричних Ін- ституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лаш- карьова. Цей Центр на сьогодні є єдиною в Україні акредитованою вимірювальною лабо- раторією, атестованою органами Держспожив- стандарту України [3, 4]. Основні розробки Структуру кремнієвого сонячного елемента на основі n+-p-переходу схематично показа- но на рис. 1. Основою сонячного елемента є пластина p-типу провідності (псевдоквадрат) завтовшки 200 мкм з монокристала Si, на якій проводять текстурування поверхні. Потім ди- фузією формують шар емітера n-типу завтовш- ки 0,35—0,45 мкм. Для зменшення коефіцієнта відбиття сонячного випромінювання на фрон- тальну поверхню наносять антивідбивне по- криття (товщина плівки 70 нм) та формують фронтальний і тиловий контакти. Технологія виготовлення сонячних еле- ментів є стандартною, але деталі технологіч- Таблиця 1. Структура глобального енергоспоживання у світі Джерело виробництва електроенергії Частка у загальному обсязі, % Нафта 37,00 Вугілля 25,00 Газ 23,00 Атомна енергія 6,00 Біомаса 4,00 Гідроенергетика 3,00 Сонячна теплова 0,50 Сонячна фотоенергетика 0,42 Вітер 0,30 Біопаливо 0,20 Геотермальна енергія 0,20 Інші 0,38 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 61 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ них операцій та режими розроблені авторами [5—8]. Зокрема, було проведено дослідження і моделювання процесів гетерування реком- бінаційно активних домішок у кремнієвих структурах, проаналізовано фізичні процеси, які відбуваються при гетеруванні домішок з кремнієвих пластин. Виконано моделювання процесів гетерування з урахуванням наявнос- ті внутрішніх гетерних центрів, а також різних механізмів дифузії домішок (дифузія по між- вузлях і дифузія за участю точкових дефектів). Особливу увагу приділено дослідженням ви- хідних параметрів кремнієвих пластин, оскіль- ки для розроблення ефективних методів гете- рування потрібно знати, які домішки є в плас- тинах і в якому стані перебуває в них кисень. Це пов’язано з тим, що в кристалах, вирощених за методом Чохральського, завжди присутній кисень, який сприяє утворенню преципітатів, а вони відіграють роль внутрішніх гетерних центрів під час термічних процедур. Крім того, розроблено оригінальний технологічний про- цес гетерування рекомбінаційно активних до- мішок. У процесі виконання робіт було також про- ведено порівняльні дослідження різних ме- тодів гетерування, їх ефективності для різних кремнієвих пластин. Ми розглядали три типи процесів гетерування. У першому типі маємо справу з домішкою, якій властиві досить зна- чна розчинність у вузлах ґратки кремнію та великий коефіцієнт дифузії по міжвузлях. За- гальновідомим прикладом цього випадку є зо- лото. Щоб реалізувати гетерування Au, потріб- но виштовхнути його з вузлів і забезпечити від- повідний стік міжвузлового золота на гетерну поверхню. Це можна забезпечити завдяки відо- мому kick-out (виштовхувальному) механізму з подальшою швидкою дифузією AuІ: AuS + SiI → SiS + AuI. У другому типі маємо справу з домішкою, яка локалізована переважно в міжвузлях. Вона зазвичай має велику дифузійну рухливість, але на її міграцію міжвузловий Si впливає слабо. У цьому випадку також може відбуватися фор- мування пар, утворення комплексів з іншими домішками, або преципітування (захоплення й вивільнення), одночасно з дифузією. Відо- мим і актуальним прикладом такої домішки є залізо. Третій різновид процесу істотно відрізня- ється від попередніх. У цьому випадку ми враховуємо наявність у кремнії об’ємного вну- трішнього гетера, утвореного преципітатами SiO2. Отже, така домішка, як залізо, рухаючись крізь пластину, захоплюється преципітатами. Її вивільнення можливе лише після розпаду цих преципітатів, наприклад через взаємодію з міжвузловим кремнієм, або після отримання атомом домішки додаткової енергії для подо- лання енергетичного бар’єра зв’язку з преци- пітатом. В іншому разі домішка залишиться у зразку і впливатиме на його електрофізичні параметри. Для цього типу процесів гетеру- вання роль гетера як джерела міжвузлового кремнію знову стає важливою, що стимулює Рис. 1. Структура кремнієвого сонячного елемента з n+-p-переходом: а — фронтальна поверхня; б — попе- речний переріз: 1 — контактна сітка; 2 — антивідбивне покриття (TiOx або SiNx); 3 — плівка Al; 4 — тиловий контакт (Ag/Al); 5 — текстура (мікропіраміди); 6 — емітерний шар; 7 — базовий шар 62 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ розпад преципітатів SiO2, оскільки наявність Si збільшує критичний радіус преципітату. На прикладі гетерування атомів заліза, вве- дених у кремній методом іонної імплантації, розглянемо модель описаних вище процесів гетерування (рис. 2) при розміщенні гетерно- го шару на тильному боці пластини. На по- чаткових стадіях відпалу зразків спостеріга- ється інтенсивний ріст силіцидів заліза FeSi2 в імплантованому шарі 1, а частина атомів Fe, які не вступили в реакцію силіцидоутворення, дифундує вглиб пластини (5). Надлишкові міжвузлові атоми Si поблизу межі поділу «імп- лантований шар — монокристал» утворюють у процесі відпалу міжвузлові комплекси 2. За на- явності внутрішніх преципітатів SiO2 атоми Fe частково захоплюються ними і виключаються з процесу дифузії (3). Атоми Fe ефективно захоплюються гетерним шаром (коефіцієнт сегрегації порядку 10-5), що створює градієнт розподілу заліза в товщині пластини і сприяє утворенню потоку Fe в напрямку до гетерного шару. При охолодженні зразків після відпалу частина атомів Fe може утворювати рекомбі- наційно активні комплекси FeBi (4) в об’ємі кремнієвої пластини, що спричинює зменшен- ня часу життя нерівноважних носіїв заряду. Наявність міжвузлових атомів Si (особливо навколо SiO2-преципітатів) сприяє утворенню силіцидів в об’ємі пластини під час гетеруван- ня, що, відповідно, зменшує потік атомів Fe в напрямку гетера, ослаблюючи його дію. Отже, гетерування заліза в кремнії є складним про- цесом, який включає дифузію атомів Fe, утво- рення силіцидів FeSi2, формування комплексів FeBi, взаємодію атомів заліза з внутрішніми преципітатами SiO2. Для ослаблення цього не- бажаного ефекту ми пропонуємо використо- вувати розроблені нами режими термооброб- ки, які сприяють розпаду преципітатів SiO2 в об’ємі кремнію. На основі проведеного аналізу та резуль- татів експериментальних досліджень, врахо- вуючи технологічні та економічні фактори (наявне обладнання, вартість процесів), для гетерування було використано метод нанесен- ня плівки алюмінію на тильний бік пластини з подальшим термічним відпалом, що дозволило збільшити довжину дифузії неосновних нерів- новажних носіїв заряду порівняно з негетеро- ваними зразками на ~20 %. Для подальшого удосконалення конструкції сонячного елемента тривають роботи з вивчен- ня можливостей застосування плівок сегнето- електриків (типу BaTiO3). Такі плівки після їх відповідної поляризації можуть створювати значні напруженості електричного поля в об- ласті приповерхневого просторового заряду в напівпровіднику, що дозволяє сепарувати фо- Рис. 2. Модель гетерування атомів заліза, імплантова- ного в кремній: 1 — імплантований шар; 2 — міжвузло- ві комплекси; 3 — захоплення домішки преципітатом; 4 — комплекси Fe-Bi; 5 — дифузія вглиб пластини Si Рис. 3. Переносна сонячна електростанція для елек- трозварювальних робіт ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 63 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ тогенеровані нерівноважні носії заряду і в та- кий спосіб реалізувати генерацію фотоструму навіть без p-n-переходу [9]. На рис. 3 зображено переносну сонячну електростанцію для електрозварювальних ро- біт, розроблену авторами цієї статті [1]. Конструкція сонячного модуля. Як свід- чить досвід використання малогабаритних мо- дулів, у процесі експлуатації сонячні елементи зазнають значних механічних навантажень, що може призводити до їх руйнування. Для захисту від механічних та кліматичних впли- вів на поверхню модулів наносять скляні або полімерні покриття. Для збільшення міцності та жорсткості конструкції і забезпечення тим самим надійності роботи сонячних елементів ми використали загартоване скло товщиною 3,2 мм з лицьового боку і листовий поліети- лентерефталат з тильного боку. Крім того, мо- дуль закріплено у рамці зі спеціального алюмі- нієвого профілю. Параметри чотирьох зразків фотоелектричних сонячних модулів наведено в табл. 2, а типову вольт-амперну характерис- тику — на рис. 4. Конструкцію мобільної сонячної електро- станції виконано у вигляді валізи (рис. 5). Вона складається з двох або чотирьох сонячних мо- дулів потужністю 10 Вт (в умовах АМ1,5) кож- Таблиця 2. Електричні параметри чотирьох зразків сонячних модулів, виміряні в умовах AM1,5 (1 кВт/м2, 25 ºС) Параметр 1 2 3 4 Струм короткого зами- кання Isc, А 0,974 0,989 0,980 0,951 Напруга холостого ходу Voc, В 20,77 21,03 20,72 20,62 Генерована потужність Pm, Вт 14,07 14,83 14,45 14,21 Струм за максимальної потужності Imax, А 0,873 0,901 0,897 0,827 Напруга за максималь- ної потужності Umax, В 16,11 16,47 16,11 17,18 Фактор заповнення вольт-амперної характе- ристики FF 0,70 0,71 0,71 0,72 ККД, % 13,1 13,9 13,6 13,4 Рис. 5. Мобільна сонячна електростанція у складено- му вигляді та в робочому стані Рис. 4. Вольт-амперна характеристика сонячного мо- дуля 64 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ ний; у корпусі кожного модуля міститься конт- ролер заряджання акумуляторів та буферний нікель-метал-гідридний (Ni-MH) акумулятор ємністю 2 А·год (можлива комплектація бу- ферними акумуляторами ємністю до 6 А·год), який дозволяє заряджати/підзаряджати пор- тативні пристрої навіть у похмуру погоду та вночі. Контроль заряджання/розряджання буферного акумулятора здійснюється за допо- могою світлодіодної індикації. У корпус вмон- товано стандартний автомобільний з’єднувач, клеми якого використовують для підключен- ня навантаження через відповідний адаптер. З тильного боку сонячні модулі захищено ме- талевими алюмінієвими пластинами завтовш- ки 3 мм, що підвищує жорсткість та надійність пристрою. Щоб запобігти потраплянню воло- ги в корпус, усі складові, зокрема з’єднувачі, оброблено стійким до УФ-випромінення гер- метиком. Виріб пофарбований у камуфляж- ні кольори. Основні технічні характеристики мобільної сонячної електростанції: робоча на- пруга — 12 В; вихідна потужність (АМ1,5) — 10—40 Вт; ємність акумуляторів — 2—6 А·год; габаритні розміри в робочому стані (2 сонячні модулі) — 530×460×36 мм; маса (для 2 соняч- них модулів) — 7 кг. На рис. 6 наведено структурну схему соняч- ної електростанції, яка містить сонячні модулі (СМ), що перетворюють енергію сонячного випромінювання на електричну; набір буфер- них Ni-MH акумуляторів; контролер заряду, що забезпечує заряджання буферного акуму- лятора до заданого рівня напруги; діоди Шот- ткі (VD1, VD3), які запобігають розряджанню буферного акумулятора на контролер заряду, і діоди Шотткі (VD2, VD4), які запобігають розряджанню акумулятора портативного при- строю на буферний акумулятор; світлодіодну індикацію, що відображує процес заряджання та сигналізує про його завершення. Висновки З урахуванням недоліків сучасних зарядних пристроїв на основі сонячних елементів було розроблено конструкцію та виготовлено мо- більні сонячні електростанції для автономного живлення портативних електронних пристро- їв (радіостанцій, приладів нічного бачення, мо- більних телефонів, планшетів, GPS-навігаторів тощо) навіть за низьких рівнів освітленості, що є основною перевагою порівняно з пропонова- ними на ринку зарядними пристроями. Мо- Рис. 6. Структурна схема сонячної електростанції ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 65 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ більна сонячна електростанція має компактну конструкцію, пристосовану для перенесення. У модуль вмонтовано акумуляторні батареї, що дозволяють підзаряджати пристрої навіть уночі. Панелі сонячних батарей електростанції захищено гартованим склом, що уможливлює їх використання в екстремальних умовах. На початку травня 2015 р. перші 15 соняч- них електростанцій уже передано військовим на Схід України в зону АТО. Позитивні від- гуки почали надходити відразу. Зокрема, бійці та командування добровольчого батальйону спецпризначення «Донбас», 16-ї окремої бри- гади армійської авіації та інших підрозділів щиро дякували вченим за таку матеріально- технічну допомогу і розповідали, що ці сонячні електростанції виявилися дуже корисними для живлення спецапаратури в польових умовах. «Забезпечення військ такими електростанці- ями підвищує енергонезалежність наших під- розділів, особливо при виконанні спеціальних завдань, та безпеку самих бійців (порівняно зі стандартними електрогенераторами). Підроз- діли Збройних сил України потребують таких розробок від науковців, що підвищить боєздат- ність нашого війська», — йдеться в одній з офі- ційних подяк наших захисників. Розробку було виконано за власною ініціати- вою авторів статті і за часткової підтримки проектів III-5-11, III-10-12 та 2.1.3 НАН Укра- їни. REFERENCES 1. Litovchenko V.G., Strikha M.V. Solar energetics: agenda for the world and Ukraine. Kyiv: K.I.C., 2015. [in Ukrai- nian]. [Литовченко В.Г., Стріха М.В. Сонячна енергетика: порядок денний для світу й України. К.: К.І.С., 2015]. 2. Oksanych A.P., Terban V.A., Volokhov S.O., Klyui M.I., Skrishevskii V.A., Kostylyov V.P., Makarov A.V. Modern tech- nologies for silicon and silicon based photoelectrical solar energy converters manufacturing. Kriviy Rig: Mineral, 2010. [in Ukrainian]. [Оксанич А.П., Тербан В.А., Волохов С.О., Клюй М.І., Скришевський В.А., Костильов В.П., Макаров А.В. Су- часні технології виробництва кремнію та кремнієвих фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії. Кри- вий Ріг: Мінерал, 2010]. 3. Kostylyov V.P., Chernenko V.V., Andros S.P., Nazarenko L.A. Metrology and standartization of the phototechnical testing of solar energy converters and moduli. In: Modern Problems of Light and Electricity Engineering. Proc. IV Int. Conf. (13—14 April 2011, Kharkiv, Ukraine). [in Ukrainian]. [Костильов В.П., Черненко В.В., Андрос С.П., Назаренко Л.А. Метрологія і стандартизація фототехнічних ви- пробувань фотоперетворювачів сонячної енергії та фотоелектричних модулів. У кн.: Сучасні проблеми світло- техніки та електроенергетики: матер. IV Міжнар. наук.-техн. конф. (13—14 квітня 2011 р., Харків). С. 164— 165]. 4. Klyui M.I., Kostylyov V.P., Makarov A.V., Chernenko V.V. Metrological aspects of the photoelectric solar energy converters testing. Complex Systems and Processes. 2007. 1(11): 42. [in Ukrainian]. [Клюй М.І., Костильов В.П., Макаров А.В., Черненко В.В. Метрологічні аспекти випробувань фотоелектрич- них перетворювачів сонячної енергії. Складні системи і процеси. 2007. Т. 1, № 11. С. 42—50]. 5. Oberemok O., Kladko V., Litovchenko V., Romanyuk B., Popov V., Melnik V., Sarikov A., Gudymenko O., Vanhel- lemont J. Stimulated Oxygen Impurity Gettering Under Ultra-Shallow Junction Formation in Silicon. Semiconductor Science and Technology. 2014. 29: 055008. 6. Gorban A.P., Kostylyov V.P., Sachenko A.V., Serba O.A., Sokolovskyi I.O., Chernenko V.V. Effect of floating p-n junc- tions on the efficiency of silicon back side contact solar cells. Ukr. J. Phys. 2010. 55(7): 783. 7. Gamov D.V., Gudymenko O.I., Kladko V.P., Litovchenko V.G., Melnik V.P., Oberemok O.S., Popov V.G., Polish- chuk Yu.O., Romanyuk B.M., Chernenko V.V., Naseka V.M. Research of recombination characteristics of Cz-Si im- planted with iron ions. Ukr. J. Phys. 2013. 58(9): 881. 8. Litovchenko V.G., Romanyuk B.M., Popov V.G., Melnik V.P., Oberemok O.S., Kladko V.P., Lisovskii I.P., Strelchuk V.V., Chernenko V.V., Shapovalov V.O. Complex investigations of crystalline material for solar energetics. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii (Physics of Metals and Advanced Technologies). 2011. 104: 873. [in Ukrainian]. 66 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2015, № 11 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ [Литовченко В.Г., Романюк Б.М., Попов В.Г., Мельник В.П., Оберемок О.С., Кладько В.П., Лісовський І.П., Стрельчук В.В., Черненко В.В., Шаповалов В.О. Комплексні дослідження кристалічного матеріалу для соняч- ної енергетики. Металлофизика и новейшие технологии. 2011. Т. 33, № 7. С. 873—898]. 9. Liu F., Wang W., Wang L., Yang G. Ferroelectric-semiconductor photovoltaics: Non-PN junction solar cells. Appl. Phys. Lett. 2014. 104: 103907. Стаття надійшла 22.07.2015. В.Г. Литовченко, В.П. Мельник, Б.Н. Романюк, Б.Ф. Дверников, P.М. Коркишко, В.П. Костылев, С.М. Мусаев, В.Г. Попов, В.В. Черненко Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины (Киев) МОБИЛЬНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ В Институте физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины разработана мобильная солнечная электростанция на основе кремниевых фотопреобразователей солнечной энергии, отличающаяся наличием встроенных аккумуляторов с соответствующей электронной схемой контроля, а также компактностью и высокой механической прочностью, что позволяет использовать ее в экстремальных (полевых) условиях. Аккумулятор- ная батарея дает возможность заряжать мобильные электронные устройства в любое время, независимо от усло- вий освещенности. Ключевые слова: солнечный элемент, энергосбережение, электростанция, фотопреобразование, кремний, со- лнечная батарея, аккумулятор. V.G. Litovchenko, V.P. Melnik, B.M. Romanyuk, B.F. Dvernikov, R.M. Korkishko, V.P. Kostylev, S.M. Musayev, V.G. Popov, V.V. Chernenko Lashkarev Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine (Kyiv) MOBILE SOLAR POWER STATIONS FOR USE IN THE FIELD The results of the development of mobile solar power stations based on silicon solar energy photovoltaic converters are presented. The design is characterized by the presence of built-in batteries with an appropriate electronic control circuitry, as well as compactness and high mechanical strength. This allows using it in extreme (field) conditions. The presence of the accumulator allows for charging mobile electronic devices at any time, regardless of the lighting conditions. Keywords: solar cell, energy saving, power station, photoconversion, silicon, solar cell, accumulator.

Мобільні сонячні електростанції для використання в польових умовах

Institution

Ähnliche Einträge