НДЛ проблем надійності технічних пристроїв відновлювальних джерел енергії

 В НДЛ науково-дослідні роботи виконуються в рамках держбюджетного фінансування за рахунок коштів Міністерства освіти і науки України, госпдоговірного фінансування за рахунок коштів Замовників, а також у рамках договорів про співробітництво зі сторонніми організаціями.

Науково-дослідна лабораторія проблем надійності технічних пристроїв відновлюваних джерел енергії створена в 2018 році.
Науковці НДЛ пропонують впровадження та подальший розвиток наступних напрямів:
- використання інтелектуальної системи, що має функцію саморозвинення для розроблених енергоощадних систем енергопостачання та кліматизації будівель, які містять у своєму складі теплові насоси, інтегровані до споруди енергоактивні огородження (новий рівень геліоколекторів), Це дозволить оптимізувати та використання різних режимів роботи систем енергозабезпечення при використання відновлюваних джерел енергії.
- застосування мініатюрних пристроїв захисту сонячних елементів та систем енергогенерування з сонячними батареями від електричних та теплових перевантажень на основі полімерних нанокомпозитних матеріалів з нановуглецевими наповнювачами, які мають широкий спектр використання (наприклад в засобах комутації, в системах енергозабезпечення).

В науково-дослідній лабораторії проблем надійності технічних пристроїв відновлювальних джерел енергії проводиться наукова, науково-технічна та інноваційна діяльності в галузі використання енергії відновлювальних джерел, зокрема створення ефективних систем підвищення надійності, терміну служби та безпеки експлуатації пристроїв перетворювання відновлюваних джерел енергії. Ці дослідження сформовані в рамках розробки та впровадження енергозберігаючих технологій, які використовують відновлювані джерела енергії, як складника енергетичної і екологічної безпеки України.
Виконання наукових досліджень з використання енергії відновлюваних джерел та енергозбереження дозволили вперше розробити конструктивно-технологічні енергоактивні засоби перетворення енергії сонячного випромінювання, які на відміну від відомих, забезпечують кероване отримання, перерозподіл та акумулювання енергії, дозволяє регулювати тепловий захист. Впровадження дозволяє в 3 рази зменшити енерговитрати на опалення, кондиціювання та гаряче водопостачання.
Проведено наукові дослідження, спрямовані на вирішення задач електричного та теплового захисту фотоелектричних систем сонячних батарей шляхом використання менш дорогих елементів функціональної електроніки практично є першими в області застосування сонячних джерел енергії.
Результати досліджень мають важливе значення для підвищення енергетичної безпеки України, їх використання сприяє вирішенню соціальних, так і економічних проблем (в т.ч. зменшення вартості енергії, що генерується завдяки використанню різних видів відновлюваних джерел енергії).
Всі співробітники НДЛ мають позитивний досвід впроваджень результатів розробок за межами ДНУ та роботи із вітчизняними та іноземними партнерами, що свідчить про сформований злагоджений колектив кваліфікованих науковців.

Наукові проєкти, що виконані на базі НДЛ проблем надійності технічних пристроїв відновлювальних джерел енергії

Шифр	Назва	Роки
д/б НДР 6-670-22	Технічні засоби на основі неоднорідних діелектриків для електротеплового захисту сонячних батарей в енергоустановках космічних апаратів (виконується на даний час)	2022-2023
д/б НДР 6-339-18	Фізико-технологічні основи створення захисту сонячних елементів від електричних перевантажень на основі полімерних нанокомпозитів	2018-2020
д/б НДР 3-309-15	Підвищення ефективності системи кліматизації будівель застосуванням ВДЕ при впровадженні теплового насосу та нових схемних рішень”	2015-2017
д/б НДР 3-308-15	Маркетингове комунікаційне забезпечення упровадження в Україні систем енергозабезпечення на основі використання альтернативних джерел енергії”	2013-2017

Інформація за першим напрямом

Найважливіші результати

Перебування елементів сонячних батарей при підвищених температурах стимулює їх до більш швидкої деградації, і як результат – швидкий вихід з ладу батареї. Причиною появи локальних точок перегріву типу «гарячих плям» у фотоелектричних елементах і / або їх приконтактних областях можуть бути:
- різні дефекти, які проявляються і утворюються в процесі експлуатації в фотоелектричних елементах і їх з'єднаннях;
- робота в режимі мінливої неоднорідної освітленості.
Це все призводить до втрати потужності сонячних батарей і інтенсифікації процесів деградації перегрітих елементів, а також знижує пожежну безпеку використання сонячних батарей.
Основними напрямами вирішення зазначених проблем збільшення терміну служби сонячних батарей можуть бути визначені такі:
- пошук і розробка схемотехнічних технологій захисту елементів і компонентів сонячних батарей від електричних і теплових перевантажень,
- розробка методів прогнозування надійності сонячних джерел енергії та їх окремих пристроїв.


Значимість отриманих результатів

Світовий досвід експлуатації сонячних систем енергогенерування свідчить про необхідність вирішення проблеми стійкості та надійності комутаційних елементів та блокування дефектних сонячних елементів. Їх наявність в електричному ланцюзі призводить до значного зниження функціональних можливостей всієї системи енергогенерування або до її повного виходу з ладу. Для цього актуальною є розробка більш надійних, дешевих, технологічних елементів комутації. Для їх виготовлення необхідне комплексне врахування фізичних, хімічних властивостей наноматеріалів, що будуть використані при виготовленні елементів комутації та вдосконалення технології їх виготовлення. При виготовленні композитних наноматеріалів з заданими властивостями необхідне ґрунтовне дослідження фізико-технологічних особливостей цього процесу. Новостворені фізико-технологічні основи стануть підґрунтям для побудови інноваційних елементів комутації, які ефективно запобігатимуть руйнуванню елементів сонячних батарей, що виникає при розігріванні темновим струмом. Блокування деградованих окремих сонячних елементів дозволить створити стійку до різних негативних впливів систему енергогенерування.

Інформація за другим напрямом

Підвищення енергоефективності споруд за рахунок термомодернізації будівель енергоактивними огородженнями , що використовують енергію альтернативних джерел формувався на основі досліджень, які проведено з 2000 року.



Розроблено принципово новий підхід до вирішення питань модернізації та реновації систем енергозабезпечення та кліматизації на базі використання енергії альтернативних джерел, енергоактивних огороджень, теплових акумуляторів та теплових насосів та споживчої підтримки впровадження інноваційних схемних рішень
При цьому, будівля розглядаються як система інноваційних інженерних рішень спрямованих на зниження використання енергії для забезпечення гарячого водопостачання, опалення, вентиляції та кондиціювання, тобто мікроклімату в приміщеннях споруди. Підвищення енергоефективності споруд, це результат впровадження розробленого комплексу заходів, які передбачають термомодернізацію будівель енергоактивними огородженнями, що використовують енергію альтернативних джерел та позитивний ефект від трансформування розрізнених систем теплопостачання, вентиляції й кондиціювання в об’єднану енергоощадну систему кліматизації.



Значимість отриманих результатів

Широкомасштабне впровадження в ЖКГ комплексних систем енергозабезпечення з енергоактивними огородженнями сприятиме:
- формуванню принципово нового підходу до вирішення проблеми модернізації та реновації всього ЖКГ держави;
- зниженню вжитку органічного палива та зменшенню викидів „парникових” газів;
- підвищенню ефективності використання традиційних енергоносіїв, а також диверсифікації енергобалансу країни за рахунок використання альтернативних джерел енергії;
- покращенню архітектурно-естетичних якостей будівель;
- створенню нових робочих місць;
- поліпшенню стану довкілля, умов та безпеки проживання населення України.


Обрані публікації

Монографії та розділи у колективних монографіях:
1. Nakashidze L. Peculiarities of construction of air-conditioning systems on the basis of use of renewable energy sources / L. Nakashidze, T. Hilorme, І. Nakashidze // Research and Innovation: Collection of scientific articles. – Yunona Publishing, New York, USA, 2020. – P. 5-9. http://conferencii.com/files/archive/2020-02.pdf
2. Гільорме Т.В. Аспект енергозбереження в системі управління витратами на персонал підприємства. Стратегічні пріоритети соціально-економічного розвитку України: кол. моног. / за ред. Столярова В.Ф., Фролової Г.І. К. : Талком, 2020. С. 236-246. (1,06 др. арк.)
3. Гільорме Т.В. Обґрунтування управлінських рішень щодо запровадження технологій енергозбереження на промислових підприємствах: теорія, методологія, практика: монографія. Запоріжжя : Класичний приватний університет, 2020. 300 с. (17,43 д.а.)
4. Tonkoshkur A. S., Ivanchenko A. V., Nakashydze L. V., Lyashkov A. Yu., Gomilko I. V. Application of polymer posistor nanocomposites in systems for protecting photovoltaic components of solar arrays from electrical overloads. monograph. – Primedia eLaunch, Boston, USA, 2021. – 172 p.
https://isg-konf.com/ru/application-of-polymer-posistor-nanocomposites-in-systems-for-protecting-photovoltaic-components-of-solar-arrays-from-electrical-overloads-ru/
5. Hilorme T., Nakashidze L., Liashenko I. Management of innovative energy efficient technologies in the conditions of sustainable development. The influence of the new generation of communication on the formation of the future economy: monograph / edited by I. Tatomyr, L. Kvasnii. Praha, Czech Republic : Oktan Print, 2022. рр. 107–118. (1,0 д.а.) URL: https://www.oktanprint.cz/p/the-influence-of-the-new-generation/ https://doi.org/10.46489/TIOTNG-13

Статті в б/д Scopus/WoS, серед них:
Nakashidze L., Hilorme, T., Nakashydze I. Substantiating the criteria of choosing project solutions for climate control systems based on renewable energy sources. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2020, 3 (3 (105)), 42–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201527 (2.12 ум. друк. арк.). SCOPUS, Index Copernicus
A. V. Ivanchenko, Tonkoshkur A. S. Modeling of electrical characteristics of photovoltaic solar arrays with protection against current overloads based on PolySwitch elements / // Multidiscipline Modeling in Materials and Structures. – 2020. – Vol. 16, Issue 3. – P. 425– 438. Режим доступу: https://doi.org/10.1108/MMMS-01-2019-0022 4. A. S. Tonkoshkur, Ivanchenko A. V. Application of a polymer nanocomposite with carbon filler to limit overvoltages in a photovoltaic element. / A. V. Ivanchenko, A. S. Tonkoshkur // Journal of Advanced Dielectrics, 2020. Online Ready. Режим доступу: https://doi.org/10.1142/S2010135X20500204

Патенти
Патент UA № 141608, МПК: H02Н 1/00 (Україна), „Пристрій захисту фотоелектричних елементів від підвищеної напруги” / О. C. Тонкошкур, О. В. Іванченко, В. О. Макаров//заявл. 08.07.2019. Опубліковано: 27.04.2020, бюл. №8. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=267762
Патент UA_147034_U, МПК:H02Н 1/00 (Україна), „Пристрій захисту фотоелектричних елементів від підвищеної напруги”/О. С. Тонкошкур, О. В. Іванченко, С. В. Макаров // Опубліковано: 07.04.2021, бюл. №14
Патент UA_147047_U, МПК:H01Н 81/00 (Україна), „Пристрій захисту фотоелектричних елементів від підвищеної напруги”/О. С. Тонкошкур, О. В. Иванченко, С. В. Макаров//Опубліковано: 07.04.2021, бюл. №14

Контакти:

Науковий керівник НДЛ проблем надійності технічних пристроїв відновлюваних джерел енергії – кандидат фізико-математичних наук, доцент Вадим Колбунов.
Відповідальний виконавець д/б тем – доктор технічних наук, старший науковий співробітник Лілія Накашидзе.

Тел.: 056 776 12 78
е-mail: foton_dnu@ukr.net