alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.05.012-020alternative-2401Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетикаI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar EnergyЭкспериментальные исследования и сравнительный анализ несущих конструкций с фотоэлектрическими элементамиExperimental studies and comparative analysis of load-bearing structures with photovoltaic elementsШалимовП. Ю.ShalimovP. Yu.

Шалимов Петр Юрьевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Информатика и программное обеспечение» 

241035, Брянская область, г. Брянск, бульвар 50 лет Октября, д. 7

тел. (4832) 56-09-84, 

Shalimov Petr Yurievich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Computer Science and Software 

241035, Bryansk region, Bryansk, 50 Let Oktyabrya Boulevard, 7

tel. (4832) 56-09-84 

shalimov.petr@gmail.comФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет»РоссияFSBEI HE «Bryansk State Technical University»Russian Federation202407062024051220Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20242024Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2401

Работа посвящена экспериментальным исследованиям нового вида строительных изделий: несущих панелей со встроенными фотоэлектрическими элементами. Технические решения защищены патентами РФ на изобретение. Фотоэлектрические элементы размещены на внутренних поверхностях ячеек, составляющих силовую схему несущей конструкции панели.Цель эксперимента – выявление качественных и количественных отличий новых панелей относительно панелей с управляемым и фиксированным относительно солнца положением фотоэлектрических элементов. Разработанная методика предполагает варьирование положением фотоэлектрического элемента для имитации работы в сравниваемых условиях.Выполняется оценка энергетического вклада фотоэлектрического элемента, в качестве которого при сравнительных испытаниях учитывается ток короткого замыкания. При обработке полученных данных высокую степень пригодности показал факторный анализ: KMO = 0,81, p <0,001. Выделено два фактора: диффузной освещенности (0,62 дисперсии); фактор азимута (0,17 дисперсии). Проведены исследования работы в условиях частичного и полного затенения, даны сравнительные количественные оценки энергетического вклада новой панели относительно ориентированных по солнечному потоку конструкций.Энергетический вклад ячейки по критерию эквивалентной площади в сравнении с управляемым солнечным элементом составляет в зависимости от азимута 0,9-2,5. По отношению к фиксированным панелям 2-4 крат.

The work is devoted to experimental studies of a new type of building products: load-bearing panels with integrated photovoltaic cells. Technical solutions are protected by patents of the Russian Federation for the invention. Photovoltaic cells are placed on the inner surfaces of the cells that make up the power circuit of the supporting structure of the panel.The purpose of the experiment is to identify qualitative and quantitative differences between new panels relative to panels with controlled and fixed relative to the sun position of photovoltaic cells. The developed technique involves varying the position of the photovoltaic cell to simulate operation under the conditions being compared.An assessment of the energy contribution of a photovoltaic cell is performed, as which the short-circuit current is taken into account during comparative tests. When processing the obtained data, a high degree of suitability was shown by factor analysis: KMO = 0,81, p <0.001. Two factors were identified: diffuse illumination (0,62 dispersion); azimuth factor (0,17 dispersion). Studies of operation in conditions of partial and full shading have been carried out, comparative quantitative estimates of the energy contribution of the new panel relative to solar-flow-oriented structures have been given.The energy contribution of the cell according to the criterion of equivalent area in comparison with a controlled solar cell is 0,9-2,5, depending on the azimuth. With respect to fixed panels 2-4 times.

солнечная энергетиканесущая панельфотоэлектрический элементэнергопрофицитное сооружениеsolar energyload-bearing panelphotovoltaic cellenergy-deficient structureReferencesМягков М. С. Фотоэлектрические установки в архитектурной среде и ее биоклиматическая комфортность / М. С. Мягков, Л. И. Алексеева // Architecture and Modern Information Technologies. – 2020. – № 2(51). – С. 255-288. – URL: https://marhi.ru/AMIT/2020/2kvart20/PDF/14_myagkov.pdf DOI: 10.24411/1998-4839-2020-15114Myagkov M. S. Photovoltaic installations in the architectural environment and its bioclimatic comfort / M. S. Myagkov, L. I. Alekseeva // Architecture and Modern Information Technologies. – 2020. – No. 2(51). – pp. 255-288. – URL: https://marhi.ru/AMIT/2020/2kvart20/PDF/14_myagkov.pdf DOI: 10.24411/1998-4839-2020-15114Фрид С. Е. Анализ возможностей увеличения коэффициента использования установленной мощности сетевых фотоэлектрических станций / С. Е. Фрид, Н. В. Лисицкая // Теплоэнергетика, 2022, № 7, стр. 74-84Frid S. E. Analysis of the possibilities of increasing the utilization factor of the installed capacity of network photovoltaic stations / S. E. Frid, N. V. Lisitskaya // Thermal Energy, 2022, No. 7, pp. 74-84Пат. 2779054 РФ МПК H02S 20/26 (2014.01), H02S 20/10 (2014.01). Несущая панель со встроенным фотоэлектрическим модулем / Шалимов П. Ю. // 2022, Бюл. № 25.Pat. 2779054 RF IPC H02S 20/26 (2014.01), H02S 20/10 (2014.01). Load-bearing panel with a builtin photovoltaic module / Shalimov P. Yu. // 2022, Bull. No. 25.Пат. 2803335 РФ, МПК H02S 20/26 (2014.01), H02S 20/10 (2014.01). Сборно-разборная несущая панель со встроенными фотоэлектрическими элементами / Шалимов П. Ю. // 2023, Бюл. № 26.Pat. 2803335 RF, IPC H02S 20/26 (2014.01), H02S 20/10 (2014.01). Collapsible load-bearing panel with built-in photovoltaic elements / Shalimov P. Yu. // 2023, Bull. No. 26.Глухов В. Г. Гидрометеорологическое обеспечение мореплавания. Учебник в трёх частях / Глухов В. Г., Гордиенко А. И., Шаронов А. Ю., Шматков В. А. – Санкт-Петербург: Свое издательство, 2014. – 406 с.Glukhov V. G. Hydrometeorological support of navigation. Textbook in three parts / Glukhov V. G., Gordienko A. I., Sharonov A. Yu., Shmatkov V. A. – St. Petersburg: Own publishing house, 2014. – 406 p.Модули фотоэлектрические. Оценка соответствия техническим требованиям. Часть 2. Методы испытаний. ГОСТ Р 56980.2-2022. – Введ. 2022-30-12. – М.: Российский институт стандартизации, 2023 – 66 с.Photovoltaic modules. Assessment of compliance with technical requirements. Part 2. Test methods. GOST R 56980.2-2022. – Enter. 2022-30-12. – M.: Russian Institute of Standardization, 2023 – 66 p.Аржанов К. В. Автоматизированная система непрерывно-дискретного слежения за солнцем с использованием шаговых двигателей: Дисс. …канд. техн. наук: 05.13.06 / К. В. Аржанов Томск, 2016. – 178 с.Arzhanov K. V. Automated system of continuous-discrete tracking of the sun using stepper motors: Diss. ...cand. tech. Sciences: 05.13.06 / K. V. Arzhanov. Tomsk, 2016. – 178 p.Обухов С. Г. Моделирование и исследование режимов работы солнечной фотоэлектрической станции с контроллером максимальной мощности / С. Г. Обухов, И. А. Плотников // Альтернативная энергетика и экология. (ISJAEE). – 2015. – № 13-14. – С. 38-50.Obukhov S. G. Modeling and research of operating modes of a solar photovoltaic station with a maximum power controller / S. G.Obukhov, I. A. Plotnikov // Alternative energy and ecology. (ISJAEE). – 2015. – No. 13-14. – P. 38-50.Селиванов К. В. Автоматическое позиционирование панели солнечных батарей и слежение за направлением максимального потока света. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2021, № 2 (135), с. 115-132. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2021-2-115-132Selivanov K. V. Automatic positioning of the solar panel and monitoring the direction of the maximum light flow. Bulletin of MSTU im. N. E. Bauman. Ser. Instrumentation, 2021, No. 2 (135), p. 115-132. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2021-2-115-132Шилин А. А., Кузнецова Н. С., Исаев И. А. Адаптивная система позиционирования солнечных батарей // Инновации и инвестиции. – 2021. – № 3. – C. 183-186.Shilin A. A., Kuznetsova N. S., Isaev I. A. Adaptive system for positioning solar panels // Innovations and investments. – 2021. – No. 3. – P. 183-186.Малинин Г. В., Серебрянников А. В. Слежение за точкой максимальной мощности солнечной батареи // Вестник Чувашского университета. – № 3. – С. 76-93.Malinin G. V., Serebryannikov A. V. Tracking the point of maximum power of a solar battery // Bulletin of the Chuvash University. – No. 3. – P. 76-93.The R project for statistical computing. [Электронный ресурс]. Метод доступа https://www.R-project.org/, дата обращения 29.03.2024The R project for statistical computing. [Electronic resource]. Access method https://www.R-project.org/, access date 03/29/2024Пакет corrplot [Электронный ресурс]. Метод доступа: https://cran.r-project.org/web/packages/corrplot/corrplot.pdf, дата обращения 29.03.2024Corrplot package [Electronic resource]. Access method: https://cran.r-project.org/web/packages/corrplot/corrplot.pdf, access date 03/29/2024Пакет psych [Электронный ресурс]. Метод доступа: https://cran.r-project.org/web/packages/psych/psych.pdf, дата обращения 29.03.2024Package psych [Electronic resource]. Access method: https://cran.r-project.org/web/packages/psych/psych.pdf, access date 03/29/2024Пакет cluster [Электронный ресурс]. Метод доступа: https://cran.r-project.org/web/packages/cluster/cluster.pdf, дата обращения 29.03.2024Cluster package [Electronic resource]. Access method: https://cran.r-project.org/web/packages/cluster/cluster.pdf, access date 03/29/2024Пакет factoextra [Электронный ресурс]. Метод доступа: https://cran.r-project.org/web/packages/factoextra/factoextra.pdf, дата обращения 29.03.2024Package factoextra [Electronic resource]. Access method: https://cran.r-project.org/web/packages/factoextra/factoextra.pdf, access date 03/29/2024Петров В. Д. Проблемы достижения полной энергонезависимости архитектурными комплексами зданий и сооружений // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». – Том 8, № 3 (2016).Petrov V. D. Problems of achieving complete energy independence by architectural complexes of buildings and structures // Internet journal «SCIENCE». – Volume 8, No. 3 (2016).Степанов В. М., Горелов Ю. И., Пахомов С. Н. Анализ способов повышения эффективности функционирования солнечных батарей. Известия ТулГУ. Технические науки, 2018, № 12, с. 17-23.Stepanov V. M., Gorelov Yu. I., Pakhomov S. N. Analysis of ways to increase the efficiency of solar batteries. News of Tula State University. Technical Sciences, 2018, No. 12, p. 17-23.Попель О. С. Возобновляемые источники энергии в регионах Российской Федерации: проблемы и перспективы // Энергосовет. – 2011. – № 5(18). – С. 22-26.Popel O. S. Renewable energy sources in the regions of the Russian Federation: problems and prospects // Energy Council. – 2011. – No. 5(18). – pp. 22-26.Кирпичникова И. М., Махсумов И. Б. Повышение энергетической эффективности работы солнечных модулей за счет снижения температуры поверхности // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2020. – Вып. 2. – С. 489-499.Kirpichnikova I. M., Makhsumov I. B. Increasing the energy efficiency of solar modules by reducing the surface temperature // Izvestia of Tula State University. Technical science. – 2020. – Issue. 2. – pp. 489-499.Местников Н. П., Васильев П. Ф., Хоютанов А. М., Альзаккар А. М. -Н. Исследование функционирования фотоэлектрической установки в условиях облачной погода на территории Севера // iPolytech Journal. – 2022. – Т. 26. – № 1. – С. 81-91.Mestnikov N. P., Vasiliev P. F., Khoyutanov A. M., Alzakkar A. M. -N. Study of the functioning of a photovoltaic installation in cloudy weather conditions in the North // iPolytech Journal. – 2022. – T. 26. – No. 1. – P. 81-91.Бутузов В. А., Брянцева Е. В., Бутузов В. В., Гнатюк И. С. Тенденции мирового рынка гелиоустановок // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2016; (5-6):14-20. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.05-06.001Butuzov V. A., Bryantceva E. V., Butuzov V. V., Gnatyuk I. S. World and Russia solar thermal power plants market trends // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(5-6):14-20. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.05-06.001

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