Ученые филиала ТИУ в Тобольске разрабатывают уникальную методику выбора площадок для размещения гелио-ветро-дизельных электростанций. Гибридные электростанции обеспечат энергией пункты подзарядки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) большого радиуса действия на территории Тюменской области. Проект направлен на повышение энергетической эффективности региона, сокращение затрат и укрепление технологического лидерства России. 

Группа исследователей предложила практический алгоритм расчета мест размещения станций с учетом климатических и ландшафтных особенностей области. Решение помогает использовать излишки выработки существующих генераторов для питания новых гибридных комплексов, что снижает нагрузку на дизельную генерацию и уменьшает себестоимость электроэнергии для пунктов обслуживания беспилотников, способных нести полезную нагрузку до 1 тонны.

«Себестоимость электроэнергии от дизель-генераторов делает дорогостоящим создание разветвленной сети для обслуживания нового поколения беспилотников, поэтому мы предлагаем пересчитать конфигурацию гелиоэлементов и их размещение применительно к условиям Тюменской области», – объясняет и.о. заведующего кафедрой электроэнергетики филиала ТИУ в Тобольске Елена Чижикова. 

Ученые отмечают две характерные особенности Сибири, существенно влияющие на эффективность солнечных модулей: изменение спектрального состава солнечного излучения (сдвиг в сторону красной части спектра при прохождении через толстый атмосферный слой) и длительный снежный покров, отражающий около 50 процентов падающего света и разбивающий поток отраженного излучения на хаотичные направления. В результате зимой инсоляция и КПД классических гелиоэлементов заметно снижаются.

Для компенсации этих эффектов исследователи предлагают нетипичную ориентацию панелей: не перпендикулярно прямому солнечному свету, а по нормали к биссектрисе угла между падающим и отраженным от снега светом. По оценкам авторов, такой подход может увеличить вырабатываемую мощность отдельных элементов примерно на 50 процентов в зимний период.

Проект также предусматривает адаптацию серийных гелиоэлементов, изначально рассчитанных на широты Китая и юга Европы, под условия Тюменской области путем подбора элементов с повышенной чувствительностью в красной области спектра. До сих пор в России комплексных работ по этой проблеме для данных широт не проводилось (частичные исследования ведутся, например, в Сибирском федеральном университете в Красноярске).

Ключевые участники проекта: профессор Михаил Носков (инициатор проекта, также работает в СФУ); кандидат технических наук Илья Сухачев (победитель гранта Президента РФ для поддержки молодых ученых); аспиранты Иван Гладков (обладатель золотого сертификата федерального интернет-экзамена бакалавра) и Александр Зольников (грантообладатель Благотворительного фонда «ЛУКОЙЛ»).

В планах ученых – оптимизировать структуру гибридной электростанции (солнце-ветер-дизель) под реальные графики потребления энергии, а затем создать ее цифровую модель в специализированном ПО. Это позволит минимизировать себестоимость электроэнергии и сроки окупаемости станций. Для реализации этих планов команда активно привлекает индустриальных партнеров и участвует в конкурсе на грант Российского научного фонда. 

Реализация проекта позволит создать энергоэффективные и экономичные пункты подзарядки БПЛА, повысить энергетическую автономность отдаленных объектов и внести вклад в устойчивое развитие региональной энергетики.