Виявлення ефективності установки нерухомих сонячних фотоелектричних модулів та модулів із різними варіантами трекінгу

Автор(и)

  • Геннадій Анатолійович Голуб Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2388-0405
  • Наталія Михайлівна Цивенкова Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1703-4306
  • Оксана Анатоліївна Яременко Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5440-4682
  • Олег Анатолійович Марус Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1521-2885
  • Іван Сергійович Омаров Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-9449-853X
  • Анна Анатоліївна Голубенко Поліський національний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5018-5312

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286464

Ключові слова:

фотоелектричний модуль, кут падіння сонячних променів, кут схилення, кут нахилу до горизонту, ефективність установки модулів

Анотація

Об’єктом дослідження є фотоелектричні модулі в різних варіантах установки. Уточнено фізичну модель освітленості Землі паралельним потоком сонячних променів. Визначена залежність косинуса кута падіння променів Сонця від кутової протяжності дня, а також середньорічна ефективність установки фотоелектричнмх модулів як нерухомих, так і з різними варіантами трекінгу. Уточнення фізичної моделі полягає у визначенні кута схилення, як кута між похилою віссю Землі та її проекцією на вертикальну площину, перпендикулярну лінії, що з’єднує центри Землі та Сонця. Ця лінія проходить через центр Землі. Введено поняття середньорічної ефективності установки фотоелектричних модулів як величини річного середньозваженого значення косинуса кута падіння сонячних променів на площину фотоелектричного модуля. Проаналізовано різні варіанти встановлення фотоелектричних модулів: нерухомий горизонтальний на екваторі; нерухомий, встановлений під кутом до горизонту; такий, що здійснює трекінг у горизонтальній (вертикальній) площинах; із повним трекінгом. Ефективність установки фотоелектричного модуля на кожній широті може дорівнювати ефективності установки цього модуля на екваторі, тобто 47,93% при установці модуля під кутом нахилу до горизонту, який дорівнює широті. Трекінг у вертикальній площині дозволяє підвищити ефективність установки фотоелектричного модуля до 50%. Порівняно із повним трекінгом, трекінг у горизонтальній площині під кутом широти дозволяє отримати ефективність установки фотоелектричного модуля на рівні 97,93%.

Результати можуть бути покладені в основу оцінки ефективності установки фотоелектричних модулів на різних широтах при різних способах їх встановлення, а також при подальшому виробництві електроенергії

Біографії авторів

Геннадій Анатолійович Голуб, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Доктор технічних наук, професор

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергоресурсів

Наталія Михайлівна Цивенкова, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергоресурсів

Оксана Анатоліївна Яременко, Інститут відновлюваної енергетики НАН України

Відділення відновлюваних органічних енергоносіїв

Олег Анатолійович Марус, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергоресурсів

Іван Сергійович Омаров, Інститут відновлюваної енергетики НАН України

Аспірант

Відділення відновлюваних органічних енергоносіїв

Анна Анатоліївна Голубенко, Поліський національний університет

Асистент

Кафедра електрифікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Посилання

  1. Dib, M., Nejmi, A., Ramzi, M. (2020). New auxiliary services system in a transmission substation in the presence of a renewable energy source PV. Materials Today: Proceedings, 27, 3151–3156. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.820
  2. Satpathy, R., Pamuru, V. (2020). Solar PV Power: Design, Manufacturing and Applications from Sand to Systems. Academic Press. doi: https://doi.org/10.1016/c2018-0-02530-x
  3. Umar, S., Waqas, A., Tanveer, W., Shahzad, N., Janjua, A. K., Dehghan, M. et al. (2023). A building integrated solar PV surface-cleaning setup to optimize the electricity output of PV modules in a polluted atmosphere. Renewable Energy, 216, 119122. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119122
  4. Lu, Y., Li, G. (2023). Potential application of electrical performance enhancement methods in PV/T module. Energy, 281, 128253. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128253
  5. Jha, V. (2023). Generalized modelling of PV module and different PV array configurations under partial shading condition. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 56, 103021. doi: https://doi.org/10.1016/j.seta.2023.103021
  6. Barbosa de Melo, K., Kitayama da Silva, M., Lucas de Souza Silva, J., Costa, T. S., Villalva, M. G. (2022). Study of energy improvement with the insertion of bifacial modules and solar trackers in photovoltaic installations in Brazil. Renewable Energy Focus, 41, 179–187. doi: https://doi.org/10.1016/j.ref.2022.02.005
  7. Dhimish, M., Ahmad, A., Tyrrell, A. M. (2022). Inequalities in photovoltaics modules reliability: From packaging to PV installation site. Renewable Energy, 192, 805–814. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.04.156
  8. Peters, I. M., Hauch, J. A., Brabec, C. J. (2022). The role of innovation for economy and sustainability of photovoltaic modules. IScience, 25 (10), 105208. doi: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105208
  9. Duffie, J. A., Beckman, W. A. (2013). Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781118671603
  10. Wald, L. (2021). Fundamentals of Solar Radiation. CRC Press. doi: https://doi.org/10.1201/9781003155454
  11. Grygiel, P., Tarłowski, J., Prześniak-Welenc, M., Łapiński, M., Łubiński, J., Mielewczyk-Gryń, A. et al. (2021). Prototype design and development of low-load-roof photovoltaic modules for applications in on-grid systems. Solar Energy Materials and Solar Cells, 233, 111384. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111384
  12. Winter, C.-J., Sizmann, R. L., Vant-Hull, L. L. (Eds.) (1991). Solar Power Plants. Springer Berlin, 425. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-61245-9
  13. Cooper, P. I. (1969). The absorption of radiation in solar stills. Solar Energy, 12 (3), 333–346. doi: https://doi.org/10.1016/0038-092x(69)90047-4
  14. Barbón, A., Ghodbane, M., Bayón, L., Said, Z. (2022). A general algorithm for the optimization of photovoltaic modules layout on irregular rooftop shapes. Journal of Cleaner Production, 365, 132774. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132774
  15. Konovalov, Y. V., Khaziev, A. N. (2022). Computer technology applications to calculate the insolation of photoelectric power plant. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 990 (1), 012048. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/990/1/012048
  16. Yassir, A. (2019). Genetic Algorithm as a Solutions Optimization of Tilt Angles for Monthly Periods of Photovoltaic Installation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 536 (1), 012100. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/536/1/012100
  17. Khadidja, B., Dris, K., Boubeker, A., Noureddine, S. (2014). Optimisation of a Solar Tracker System for Photovoltaic Power Plants in Saharian Region, Example of Ouargla. Energy Procedia, 50, 610–618. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.075
  18. Jin, Z., Xu, K., Zhang, Y., Xiao, X., Zhou, J., Long, E. (2017). Installation Optimization on the Tilt and Azimuth Angles of the Solar Heating Collectors for High Altitude Towns in Western Sichuan. Procedia Engineering, 205, 2995–3002. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.225
  19. Pan, D., Bai, Y., Chang, M., Wang, X., Wang, W. (2022). The technical and economic potential of urban rooftop photovoltaic systems for power generation in Guangzhou, China. Energy and Buildings, 277, 112591. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112591
  20. N’Tsoukpoe, K. E. (2022). Effect of orientation and tilt angles of solar collectors on their performance: Analysis of the relevance of general recommendations in the West and Central African context. Scientific African, 15, e01069. doi: https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2021.e01069
  21. Shu, N., Kameda, N., Kishida, Y., Sonoda, H. (2006). Experimental and Theoretical Study on the Optimal Tilt Angle of Photovoltaic Panels. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 5 (2), 399–405. doi: https://doi.org/10.3130/jaabe.5.399
  22. Buzra, U., Mitrushi, D., Serdari, E., Halili, D., Muda, V. (2022). Fixed and adjusted optimal tilt angle of solar panels in three cities in Albania. Journal of Energy Systems, 6 (2), 153–164. doi: https://doi.org/10.30521/jes.952260
  23. Nikitenko, G. V., Konoplev, E. V., Salpagarov, V. K., Danchenko, I. V., Masyutina, G. V. (2020). Improving the energy efficiency of using solar panels. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 613 (1), 012092. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/613/1/012092
  24. Kuttybay, N., Saymbetov, A., Mekhilef, S., Nurgaliyev, M., Tukymbekov, D., Dosymbetova, G. et al. (2020). Optimized Single-Axis Schedule Solar Tracker in Different Weather Conditions. Energies, 13 (19), 5226. doi: https://doi.org/10.3390/en13195226
  25. Jäger, K., Isabella, O., Smets, A. H. M., Swaaij, R. A., Zeman, M. (2014). Solar Energy, Fundamentals, Technology, and Systems. Delft: Delft University of Technology, 408. Available at: http://web.kpi.kharkov.ua/ief/wp-content/uploads/sites/39/2020/05/solar_energy_1.pdf
  26. Renewable Energy. Solar Power (2009). Courseware Sample by the staff of Lab-Volt Ltd., 115.
Виявлення ефективності установки нерухомих сонячних фотоелектричних модулів та модулів із різними варіантами трекінгу

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-31

Як цитувати

Голуб, Г. А., Цивенкова, Н. М., Яременко, О. А., Марус, О. А., Омаров, І. С., & Голубенко, А. А. (2023). Виявлення ефективності установки нерухомих сонячних фотоелектричних модулів та модулів із різними варіантами трекінгу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (124), 15–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286464

Номер

Том 4 № 8 (124) (2023): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Gennadii Golub, Nataliya Tsyvenkova, Oksana Yaremenko, Oleh Marus, Ivan Omarov, Anna Нolubenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.