alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.22-24.012-027alternative-1477Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYОЦЕНКА ПРИХОДА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО УГЛА НАКЛОНА СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ УСЛОВИЙ СИРИИEVALUATION OF SOLAR ENERGY AND SELECTION OF OPTIMAL TILT ANGLE OF SOLAR PANELS FOR CONDITIONS IN SYRIAhttps://orcid.org/0000-0003-2239-447XРамаданА.RamadanA.

Амер Рамадан - аспирант кафедры теоретической электротехники и электромеханики, Институт энергетики и транспортных систем

29 Politehnicheskaya Str., Saint Petersburg, 195251

Amer Ramadan - Ph.D. Student at the Department of Theoretical Electrical and Mechanical Engineering, Institute of Energy and Transport Systems

29 Politehnicheskaya Str., Saint Petersburg, 195251

eng_amer@live.comhttps://orcid.org/0000-0001-7051-6027ЕлистратовВ. В.ElistratovV. V.

Виктор Васильевич Елистратов - доктор технических наук, профессор кафедры «Водохозяйственное и гидротехническое строительство» СПбПУ, директор научно-образовательного центра «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» (НОЦ «ВИЭ»)

29 Politehnicheskaya Str., Saint Petersburg, 195251

Viktor Elistratov - D.Sc. in Engineering, Professor at the Water Resources and Hydrotechnical Engineering department of St. Petersburg State Polytechnic University, the Director of Scientific Center “Renewable Energy Sources”

29 Politehnicheskaya Str., Saint Petersburg, 195251

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Saint-Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation201804112018022-241227Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1477

Разработана методика определения прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность на примере территории Сирии с использованием базы метеоданных NASA и программы ArcGIS для создания карт и атласов. Для расчетов прихода солнечной энергии на наклонную площадку применялась, как наиболее достоверная для Сирии, методика, предложенная Лю и Джорданом (1962 г.), развитая Кляйном (1977 г.) и дополненная авторами данной статьи алгоритмом аппроксимации. Для адаптации методики был выполнен расчет значений для среднемесячной и среднегодовой суточной солнечной радиации на наклонную площадку и ее составляющих (прямой, диффузной и отраженной) в точке с широтой 33º и долготой 36º на территории Сирии и определены годовой и месячные значения оптимального угла наклона солнечной батареи. Предложенная методика была применена для 63 точек, покрывающих территорию Сирии. Проведено разделение территории Сирии на зоны, характеризуемые оптимальным углом наклона солнечной батареи и максимальным годовым приходом солнечной энергии на наклонную площадку при данных углах наклона солнечной батареи с помощью метода интерполяции обратно взвешенных расстояний в программе ArcGIS. Разработан атлас прихода солнечной радиации на территорию Сирии для рассчитанных оптимальных углов наклона. Показано, что годовой оптимальный угол наклона солнечной батареи для территории Сирии изменяется в диапазоне от 23º до 28º, при этом среднегодовой приход солнечной энергии на наклонную площад ку изменяется в диапазоне от 1 859 кВт·ч/м2·г. до 2 069 кВт·ч/м2·г. Кроме того, на основе базы метеоданных NASA был определен общий природный потенциал солнечной энергии на территории Сирии на оптимальные наклонные площадки, который составляет 362,1·103 ТВт·ч/год.

The article suggests the method for calculating the solar radiation on a horizontal surface of the territory of Syria which has been developed using the weather database of NASA and ArcGIS software to create the atlases of Syria. In order to compute the solar radiation on an inclined surface for Syria, the following steps were taken. Firstly, the method proposed by Liu and Jordan (1962) and developed by Klein (1977) was used and applied at a point with a latitude of 33º and a longitude of 36º in Syria to calculate the total average daily monthly and yearly solar radiation on an inclined surface and its components (direct, diffuse and ground reflected). Secondly, the annual and monthly values of the optimal tilt angle of the solar panels were determined. Thirdly, verification of reliability and accuracy of calculations was carried out. Finally, using the interpolation method (inverse distance weighted IDW) in ArcGIS, the method proposed was applied to 63 points that covered the territory of Syria. Thus, we developed an Atlas of Syria of solar radiation on an inclined surface which characterized by the optimal tilt angles of solar panels and the maximum annual solar radiation on an inclined surface under these angles. Solar Radiation Atlas of Syria shows that the annual optimal tilt angle of the solar panels varies in the range from 23º to 28º and the maximum average annual solar radiation on an inclined surface under these angles varies in the range from 1859 to 2069 kWh/m2·year. In addition, on the basis of the NASA meteorological database, we determined the average total gross (natural) potential of solar energy on optimal inclined surfaces in Syria which is 362.1·103 TWh per year.

методикасолнечная радиациягоризонтальная и наклонная поверхностиСирияNASAArcGISатласЛю и Джорданоптимальный угол наклона солнечной батареиинтерполяцияпотенциалточкаmethodsolar radiationhorizontal and inclined surfaceSyriaNASAArcGISAtlasLiu and Jordanoptimal tilt angle of the solar panelinterpolationpotentialpointReferencesInternational Energy Agency (IEA), Key world energy statistics [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2017.pdf – (Дата обращения: 01.06.2018).International Energy Agency (IEA), Key world energy statistics. Available in: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2017.pdf (06.01.2018).Елистратов, В.В. Современное состояние и тренды развития ВИЭ в мире / В.В. Елистратов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 01–03. – С. 84–100.Elistratov V.V. Current situation and trends of the world RES development (Sovremennoye sostoyaniye i trendy razvitiya VIE v mire). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;1–3:84–100.International Renewable Energy Agency (IRENA) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_Renewable_Energy_Statistics_2017.pdf – (Дата обращения: 01.06.2018)International Renewable Energy Agency (IRENA), Available in: http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_Renewable_Energy_Statistics_2017.pdf (06.01.2018).REN21, Renewables 2017 Global Status Report [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2017/06/178399_GSR_2017_Full_Report_0621_Opt.pdf – (Дата обращения: 01.06.2018).REN21, Renewables 2017 Global Status Report. Available in: http://www.ren21.net/wpcontent/uploads/2017/06/178399_GSR_2017_Full_Report_0621_Opt.pdf (01.06.2018).Рамадан, А. Использование возобновляемых источников энергии в Сирии / А. Рамадан, В.В. Елистратов. – В сборнике: Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы. Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов // Материалы V Международной конференции. – 2017. – С. 135–141.Ramadan A., Elistratov V.V. Use of renewable energy sources in Syria (Ispol'zovaniye vozobnovlyayemykh istochnikov energii v Sirii). In the collection: Renewable energy: problems and prospects. Actual problems of renewable energy resources development. Proceedings of the V International conference – Makhachkala (V sbornike: Vozobnovlyayemaya energetika: problemy i perspektivy. Aktual'nyye problemy osvoyeniya vozobnovlyayemykh energoresursov Materialy V Mezhdunarodnoy konferentsii), 2017; pp. 135–141 (in Russ.).Рамадан, А. Потенциал традиционных и возобновляемых источников энергии в Сирии / А. Рамадан, В.В. Елистратов // Энергохозяйство за рубежом. – 2017. – № 5 (294). – С. 15–21.Ramadan A., Elistratov V.V. Potential of traditional and renewable energy sources in Syria (Potentsial traditsionnykh i vozobnovlyayemykh istochnikov energii v Sirii). Energokhozyaystvo za rubezhom, 2017;5(294):15−21 (in Russ.).Ibrahim, A. Estimation of Solar Irradiance on Inclined Surfaces Facing South in Tanta, Egypt / A. Ibrahim [et al.] // International Journal of Renewable Energy Research IJRER. – 2011. – Vol. 1. – No.1. – P.18–25.Ibrahim A., El-Sebaii A., Ramadan M.R.I., ElBroullesy S.M. Estimation of Solar Irradiance on Inclined Surfaces Facing South in Tanta, Egypt. International Journal of Renewable Energy Research IJRER, 2011;1(1):18−25.Елистратов, В.В. Солнечные энергоустановки. Оценка поступления солнечного излучения: учебное пособие, под ред. В. В. Елистратова / В.В. Елистратов, Е.С. Аронова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. − 164 с.Elistratov V.V., Aronova Ye.S. Solar power installations. Assessment of solar radiation incoming: text book (Solnechnyye energoustanovki. Otsenka postupleniya solnechnogo izlucheniya: uchebnoye posobiye). Ed.: V. V. Yelistratova. SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta Publ., 2012; 164 p. (in Russ.).Shukla, K.N. Comparative study of isotropic and anisotropic sky models to estimate solar radiation incident on tilted surface: a case study for Bhopal, India / K.N. Shukla, S. Rangnekar, K. Sudhakar // Energy Reports. − 2015. – Vol. 1. − P. 96-103.Shukla K.N., Rangnekar S., Sudhakar K. Comparative study of isotropic and anisotropic sky models to estimate solar radiation incident on tilted surface: a case study for Bhopal, India. Energy Reports, 2015;1:96−103.Nikiforiadis, L. Modeling Solar Irradiance / L. Nikiforiadis. − Master thesis in Energy Systems, School of science & technology, international Hellenic university, Thessaloniki – Greece, 2014. − 145 p.Nikiforiadis L. Modeling Solar Irradiance. Master thesis in Energy Systems, School of science & technology, international Hellenic university, Thessaloniki – Greece, 2014; 145 p.Источник базы метеоданных NASA [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgibin/sse/grid.cgi?email=skip@larc.nasa.gov − (Дата обращения: 01.06.2018).NASA Surface meteorology and Solar Energy. Available in: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgibin/sse/grid.cgi?email=skip@larc.nasa.gov (06.01.2018).Childs, C. Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst / C. Childs. − In ArcUser, ESRI, California, 2004. − P. 32−35.Childs C. Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst. In ArcUser, ESRI, California, 2004; pp. 32−35.Elistratov, V.V. Energy potential assessment of solar and wind resources in Syria / V.V. Elistratov, A. Ramadan // Journal of Applied Engineering Science. – 2018. − Vol. 16. − No. 2. − P. 208–216; doi: 10.5937/jaes16-16040.Elistratov V., Ramadan A. Energy potential assessment of solar and wind resources in Syria. Journal of Applied Engineering Science, 2018;16(2):208−216; doi: 10.5937/jaes16-16040.Duffie, J.A. Solar Engineering of Thermal Processes: 4th Edition / J.A. Duffie, W.A. Beckman. – Solar Energy Laboratory University of Wisconsin-Madison, 2013. – 928 p.Duffie J.A., Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes 4th Edition. Solar Energy Laboratory University of Wisconsin-Madison, 2013; 928 p.Виссарионов, В.И. Солнечная энергетика, Учебное пособие / В.И. Виссарионов [и др.]. − Москва, МЭИ, 2008. 320 с.Vissarionov V.I., Deryugina G.V., Kuznetsova V.A., Malinin N.K. Solar energy, textbook (Solnechnaya energetika. Uchebnoye posobiye). Moscow: MEI Publ., 2008; 320 p. (in Russ.)Baklouti, I. Estimation of solar radiation on horizontal and inclined surfaces in Sfax / I. Baklouti, Z. Driss, M.S. Abid // TUNISIA, 2012 First International Conference on Renewable Energies and Vehicular Technology. Hammamet, 2012. – P. 131–140; doi: 10.1109/REVET.2012.6195260.Baklouti I., Driss Z., Abid M.S. Estimation of solar radiation on horizontal and inclined surfaces in Sfax. TUNISIA, 2012 First International Conference on Renewable Energies and Vehicular Technology. Hammamet, 2012, pp. 131–140; doi: 10.1109/REVET.2012.6195260.Benkaciali, S. Comparative study of two models to estimate solar radiation on an inclined surface / S. Benkaciali, K. Gairaa // Revue des Energies Renouvelables. – 2012. – Vol. 15. – No. 2. – P. 219–228.Benkaciali S., Gairaa K. Comparative study of two models to estimate solar radiation on an inclined surface. Revue des Energies Renouvelables, 2012;15(2):219−228.Khalil, S.A. Performance of statistical comparison models of solar energy on horizontal and inclined surface / S.A. Khalil, A.M. Shaffie // International Journal of Energy and Power (IJEP). – 2013. – Vol. 2. – Iss. 1. – P. 8–25.Khalil S.A., Shaffie A.M. Performance of statistical comparison models of solar energy on horizontal and inclined surface. International Journal of Energy and Power (IJEP), 2013;2(1):8−25.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.