Визначення впливу кута встановлення на середньорічну ефективність нерухомих сонячних фотоелектричних модулів

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
  • Володимир Трохимович Надикто Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного, Україна https://orcid.org/0000-0002-1770-8297
  • Олег Анатолійович Марус Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1521-2885
  • Оксана Анатоліївна Яременко Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5440-4682
  • 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
  • Олена Миколаївна Сукманюк Поліський національний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-2485-488X
  • Олександр Васильович Медведський Поліський національний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-7458-5337

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.300485

Ключові слова:

фотоелектричний модуль, кут падіння сонячних променів, ефективність установки модулів, географічна широта, ефективність фотоелектричних модулів

Анотація

Об’єктом дослідження є фотоелектричні модулі із різними варіантами кута їх встановлення до горизонту на різних географічних широтах. Вирішувалася наукова задача встановлення залежності середньорічної ефективності сонячних фотоелектричних модулів від кута встановлення фотоелектричних модулів та значення географічної широти. Доведено, що ефективність установки сонячних фотоелектричних модулів можна підвищити шляхом зменшення кута їх нахилу до горизонту залежно від значення географічної широти, на якій вони встановлені. Визначена середньорічна ефективність фотоелектричних модулів із різними кутами встановлення до горизонту на різних географічних широтах, як величина річного середньозваженого значення косинуса кута падіння сонячних променів на площину фотоелектричного модуля. Максимум середньорічної ефективності фотоелектричних модулів відповідає меншому значенню кута їх встановлення до горизонту ніж значення географічної широти. Так, при значенні географічної широти 10°, 20°, 30°, 40°, 50° і 60° кут встановлення фотоелектричних модулів до горизонту відповідно становитиме 9,5°, 18,8°, 28°, 37°, 45,8° та 54°. Отримано залежність, яка дозволяє визначити кут встановлення фотоелектричних модулів до горизонту від значення географічної широти на якій вони встановлені. Також отримано математичний вираз, який дозволяє визначити середньорічну ефективність фотоелектричних модулів залежно від кута їх встановлення до горизонту для різних значень географічної широти.

Результати можуть бути використані при розрахунках середньорічної ефективності фотоелектричних модулів виходячи з коригованих значень кута їх встановлення до горизонту на різних географічних широтах

Біографії авторів

Геннадій Анатолійович Голуб, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенко

Наталія Михайлівна Цивенкова, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенко

Володимир Трохимович Надикто, Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного

Доктор технічних наук, професор

Кафедра експлуатації та технічного сервісу машин

Олег Анатолійович Марус, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенко

Оксана Анатоліївна Яременко, Інститут відновлюваної енергетики НАН України

Відділення відновлюваних органічних енергоносіїв

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

Олена Миколаївна Сукманюк, Поліський національний університет

Кандидат історичних наук, доцент

Кафедра електрифікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Олександр Васильович Медведський, Поліський національний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра агроінженерії та технічного сервісу

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. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.820
  2. Satpathy, R. K., Pamuru, V. (2020). Solar PV Power: Design, Manufacturing and Applications from Sand to Systems. Academic Press, 520.
  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. 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. 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. 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. 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. 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. 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, Inc. https://doi.org/10.1002/9781118671603
  10. Wald, L. (2021). Fundamentals of Solar Radiation. CRC Press, 270. 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. 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 Heidelberg, 425. 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. https://doi.org/10.1016/0038-092x(69)90047-4
  14. Liu, R., Liu, Z., Xiong, W., Zhang, L., Zhao, C., Yin, Y. (2024). Performance simulation and optimization of building façade photovoltaic systems under different urban building layouts. Energy, 288, 129708. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129708
  15. Ruan, T., Wang, F., Topel, M., Laumert, B., Wang, W. (2024). A new optimal PV installation angle model in high-latitude cold regions based on historical weather big data. Applied Energy, 359, 122690. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.122690
  16. Vasilakopoulou, K., Ulpiani, G., Khan, A., Synnefa, A., Santamouris, M. (2023). Cool roofs boost the energy production of photovoltaics: Investigating the impact of roof albedo on the energy performance of monofacial and bifacial photovoltaic modules. Solar Energy, 265, 111948. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.111948
  17. 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. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132774
  18. 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. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2021.e01069
  19. 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. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.225
  20. 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. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112591
  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. 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. https://doi.org/10.30521/jes.952260
  23. Liu, B. Y. H., Jordan, R. C. (1963). A rational procedure for predicting the long-term average performance of flat-plate solar-energy collectors : with design data for the U.S., its outlying possessions and Canada. Citeseer.
  24. Danandeh, M. A., Mousavi G., S. M. (2018). Solar irradiance estimation models and optimum tilt angle approaches: A comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 92, 319–330. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.004
  25. Hafez, A. Z., Soliman, A., El-Metwally, K. A., Ismail, I. M. (2017). Tilt and azimuth angles in solar energy applications – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 147–168. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.131
  26. Santos-Martin, D., Lemon, S. (2015). SoL – A PV generation model for grid integration analysis in distribution networks. Solar Energy, 120, 549–564. https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.07.052
  27. Jacobson, M. Z., Jadhav, V. (2018). World estimates of PV optimal tilt angles and ratios of sunlight incident upon tilted and tracked PV panels relative to horizontal panels. Solar Energy, 169, 55–66. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.04.030
  28. Breyer, C., Schmid, J. (2010). Population Density and Area weighted Solar Irradiation: global Overview on Solar Resource Conditions for fixed tilted, 1-axis and 2-axes PV Systems. In 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Valencia, 4692–4709. https://doi.org/10.4229/25thEUPVSEC2010-4BV.1.91
  29. Nicolás-Martín, C., Santos-Martín, D., Chinchilla-Sánchez, M., Lemon, S. (2020). A global annual optimum tilt angle model for photovoltaic generation to use in the absence of local meteorological data. Renewable Energy, 161, 722–735. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.098
  30. Golub, G., Tsyvenkova, N., Yaremenko, O., Marus, O., Omarov, I., Нolubenko, A. (2023). Determining the efficiency of installing fixed solar photovoltaic modules and modules with different tracking options. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (124)), 15–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286464
  31. Nfaoui, M., El-Hami, K. (2018). Extracting the maximum energy from solar panels. Energy Reports, 4, 536–545. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.05.002
  32. Khorasanizadeh, H., Mohammadi, K., Mostafaeipour, A. (2014). Establishing a diffuse solar radiation model for determining the optimum tilt angle of solar surfaces in Tabass, Iran. Energy Conversion and Management, 78, 805–814. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.11.048
  33. Rowlands, I. H., Kemery, B. P., Beausoleil-Morrison, I. (2011). Optimal solar-PV tilt angle and azimuth: An Ontario (Canada) case-study. Energy Policy, 39 (3), 1397–1409. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.12.012
  34. Prunier, Y., Chuet, D., Nicolay, S., Hamon, G., Darnon, M. (2023). Optimization of photovoltaic panel tilt angle for short periods of time or multiple reorientations. Energy Conversion and Management: X, 20, 100417. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2023.100417
Determining the influence of mounting angle on the average annual efficiency of fixed solar photovoltaic modules

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-30

Як цитувати

Голуб, Г. А., Цивенкова, Н. М., Надикто, В. Т., Марус, О. А., Яременко, О. А., Омаров, І. С., Голубенко, А. А., Сукманюк, О. М., & Медведський, О. В. (2024). Визначення впливу кута встановлення на середньорічну ефективність нерухомих сонячних фотоелектричних модулів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (128), 26–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.300485

Номер

Том 2 № 8 (128) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Gennadii Golub, Nataliya Tsyvenkova, Volodymyr Nadykto, Oleh Marus, Oksana Yaremenko, Ivan Omarov, Anna Нolubenko, Olena Sukmaniuk, Oleksandr Medvedskyi

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.