УДК 620.92.
AGRIS P05

Гибридная система, преобразующая солнечную энергию в электрическую

Гибридная система, преобразующая солнечную энергию в электрическую
©Исманов Ю. Х., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-код: 1183-7001, д-р физ.-мат. наук, Киргизский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, г. Бишкек, Кыргызстан, i_yusupjan@mail.ru
©Ниязов Н. Т., Институт физики им. акад. Ж. Ж. Жээнбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nurniyaz@mail.ru
©Джаманкызов Н. К., д-р. физ.-мат. наук, Институт физики им. акад. Ж. Ж. Жээнбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nasip49@gmail.com

Аннотация. В статье рассматривается математическая модель гибридной системы, объединяющей фотоэлектрический и термоэлектрический методы преобразования концентрированной солнечной энергии в электрическую. Указанная математическая модель позволяет определять температуры фотоэлектрического модуля, а также температуры электродов модуля термоэлектрического генератора. Оптимальные рабочие условия были определены для гибридной системы с учетом теплового контактного сопротивления на горячей и холодной сторонах термоэлектрического генератора. При моделировании исходили из того факта, что только часть поглощенного солнечного излучения преобразуется в электричество за счет фотоэлектрического эффекта, некоторая часть теряется за счет излучения и конвекции с верхней поверхности фотоэлектрического модуля в окружающую среду, а остальная часть передается в термоэлектрический генератор, присоединенный к нижней части фотоэлектрического модуля. Термоэлектрический генератор преобразует часть тепловой энергии, которую он получает от фотоэлектрического модуля, в электричество посредством эффекта Зеебека, но большая ее часть уходит в систему охлаждения. В основе преобразования тепла в электрическую энергию учитывали хорошо известные эффекты Зеебека и Пельтье. Наряду с этими эффектами были учтены такие эффекты, как формирование джоулева тепла из-за наличия электрического тока в термоэлектрическом генераторе, теплопроводности Фурье, как следствия возникновения градиента температуры в переходах термоэлектрического генератора и тепла Томсона, которое возникает как из-за присутствия градиента температуры, так и электрического тока. Полученная модель гибридной системы позволяет исследовать влияние изменения разницы температур между горячим и холодным электродами термоэлектрического генератора и сопротивлений внешней цепи на производительность гибридной системы. Модель позволяет также определять оптимальные рабочие условия для гибридной системы с учетом теплового контактного сопротивления на горячей и холодной сторонах термоэлектрического генератора.

Ключевые слова: гибридная система, фотоэлектрический преобразователь, термоэлектрический преобразователь, солнечная энергия, концентратор, выходная мощность.

Hybrid System Converting Solar Energy Into Electric Energy
©Ismanov Yu., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-code: 1183-7001, Dr. habil., Kyrgyz State University of Constriction, Transportation and Architecture named after N. Isanov, Bishkek, Kyrgyzstan, i_yusupjan@mail.ru
©Niyazov N., Institute of Physics named after Academician Zh. Z. Zheenbaev of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nurniyaz@mail.ru
©Dzhamankyzov N., Dr. habil., Institute of Physics named after Academician Zh. Z. Zheenbaev
of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nasip49@gmail.com

Abstract. The article discusses a mathematical model of a hybrid system that combines photovoltaic and thermoelectric methods for converting concentrated solar energy into electrical energy. The specified mathematical model makes it possible to determine the temperatures of the photovoltaic module, as well as the temperature of the electrodes of the thermoelectric generator module. Optimal operating conditions have been determined for the hybrid system, taking into account the thermal contact resistance at the hot and cold sides of the thermoelectric generator. The simulation proceeded from the fact that only part of the absorbed solar radiation is converted into electricity due to the photoelectric effect, some part is lost due to radiation and convection from the upper surface of the photovoltaic module into the environment, and the rest is transferred to a thermoelectric generator connected to the lower part. photovoltaic module. A thermoelectric generator converts some of the thermal energy it receives from the photovoltaic module into electricity through the Seebeck effect, but most of it goes to the cooling system. The conversion of heat into electrical energy was based on the well-known Seebeck and Peltier effects. Along with these effects, such effects were taken into account as the formation of Joule heat due to the presence of electric current in the thermoelectric generator, Fourier thermal conductivity, as a consequence of the appearance of a temperature gradient in the transitions of a thermoelectric generator and Thomson heat, which arises both due to the presence of a temperature gradient, and electric current. The resulting model of the hybrid system makes it possible to study the effect of changing the temperature difference between the hot and cold electrodes of the thermoelectric generator and the resistance of the external circuit on the performance of the hybrid system. The model also allows the determination of the optimal operating conditions for the hybrid system, taking into account the thermal contact resistance on the hot and cold sides of the thermoelectric generator.

Keywords: hybrid system, photovoltaic converter, thermoelectric converter, solar energy, concentrator, power output.

Ссылка для цитирования:

Исманов Ю. Х., Ниязов Н. Т., Джаманкызов Н. К. Гибридная система, преобразующая солнечную энергию в электрическую // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. №9. С. 12-26. https://doi.org/10.33619/2414-2948/70/01

Cite as (APA):

Ismanov, Yu., Niyazov, N., & Dzhamankyzov, N. (2021). Hybrid System Converting Solar Energy Into Electric Energy. Bulletin of Science and Practice, 7(9), 12-26. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/70/01