Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УГЛА НАКЛОНА И ОРИЕНТАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.13-15.015-029

Полный текст:

Аннотация

При расчете и проектировании фотоэлектрических станций (ФЭС) необходимо выбрать оптимальный угол наклона и азимутальную ориентацию солнечных панелей, которые будут во многом определять объем электроэнергии, вырабатываемой будущей ФЭС за оперативный календарный период. Однако, для того чтобы определить эти углы экспериментально путем мониторинга выработки ФЭС с различными фиксированными положениями панелей, потребуется много лет. Поэтому целесообразно разработать модель, которая будет теоретически рассчитывать оптимальные углы наклона и азимута при фиксированном положении панелей. В данной работе в качестве критерия оптимальности этих углов принят максимум суммарного прихода радиации на единицу площади приемной поверхности за календарный период работы ФЭС. Схема расчета применялась для разных периодов: всего года, четырех сезонов года в отдельности и рабочего периода, включающего все месяцы, кроме зимних. В представленном методе исходными данными оптимизации являются географические координаты ФЭС, почасовые суммы прямой и диффузной радиации на горизонтальную плоскость, а также отражательная способность земной поверхности. Эти данные, которые получают путем усреднения многолетних измерений основных компонентов солнечной радиации, являются экспериментальными. Разработанная вычислительная схема основана на нелинейных уравнениях для оптимальных углов наклона панелей, впервые полученных для анизотропных моделей солнечной радиации. Эта схема позволяет рассчитывать оптимальные углы панелей для любого операционного периода генерации ФЭС и для любого региона, в котором имеются соответствующие экспериментальные радиационные данные. В качестве примеров были рассчитаны графики зависимостей среднесуточного прихода радиации от углов положения панелей, а также определены оптимальные фиксированные углы наклона и азимута для шести городов России, находящихся в различных климатических зонах. С помощью данного метода можно оценивать выигрыш в выработке электроэнергии ФЭС при выборе оптимальных углов наклона и азимута панелей, а также перенастраивать углы наклона на оптимальные значения для каждого сезона, если такое предусмотрено конструкцией рядов панелей.

Об авторах

А. Ю. Гаевский
НТУУ «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского»
Украина

Александр Юльевич Гаевский - доктор физико-математических наук, профессор кафедры возобновляемых источников энергии факультета электроэнерготехники  и  автоматики  НТУУ  «КПИ им. Игоря Сикорского».

д. 37, пр. Победы, Киев, 03056

Тел./факс: +380 44 204-81-91; тел.: +380 97 570-46-43



А. Н. Гаевская
НТУУ «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского»
Украина

Анна Николаевна Гаевская - старший преподаватель кафедры электрических станций факультета электроерготехники и автоматики НТУУ «КПИ им. Игоря Сикорского».

д. 37, пр. Победы, Киев, 03056

Тел./факс: +380 44 204-81-91; тел.: +380 97 570-46-43

 



Список литературы

1. Koronakis P. On the choice of the angle of tilt for south facing solar collectors in the Athens basin area [Text] / P. Koronakis // Sol. Energy. – 1986. – Vol. 36. – P. 217–225.

2. Kaldellis J. Experimental investigation of the optimum photovoltaic panel’s tilt angle during the summer period [Text] / J. Kaldellis, D. Zafirakis // Energy. – 2012. – Vol. 38. – P. 305–314.

3. Le Roux, W.G. Optimum tilt and azimuth angles for fixed solar collectors in South Africa using measured data [Text] / W.G. Le Roux // Renewable Energy. – 2016. – Vol. 96. – P. 603–612.

4. Lewis, G. Optimum tilt of solar collectors [Text] / G. Lewis // Solar and Wind Technology. – 1978. – Vol. 4. – P. 407–410.

5. Даффи, Дж.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии [Текст] / Дж.А. Даффи, У.А. Бекман – М.: Мир, 1977. – 420 с.

6. Tang, R. Optimal tilt-angles for solar collectors used in China [Text] / R. Tang, T. Wu // Appl. Energy. – 2004. – Vol. 79. – P. 239–248.

7. Calabrò, E. An Algorithm to Determine the Optimum Tilt Angle of a Solar Panel from Global Horizontal Solar Radiation [Text] / E. Calabrò // Hindawi Publishing Corporation, Journal of Renewable Energy. – 2013. – Vol. 2013. – Article ID 307547. – 12 pages.

8. Liu, B.Y.H. Daily insolation on surfaces tilted towards the equator [Text] / B.Y.H. Liu, R.C. Jordan // Trans ASHRAE. – 1962. – Vol. 67. – P. 526–541.

9. Loutzenhiser, P.G. Empirical validation of models to compute solar irradiance on inclined surfaces for building energy simulation [Text] / P.G. Loutzenhiser, H. Manz [et al.] // Solar Energy. – 2007. – Vol. 81. – P. 254–267.

10. Noorian, A.M. Evaluation of 12 models to estimate hourly diffuse irradiation on inclined surfaces [Text] /Ali M. Noorian, I. Moradi, G. Ali Kamali // Renewable Energy. – 2008. – Vol. 33. – P. 1406–1412.

11. Balouktsis, A. On the optimum tilt angle of a photovoltaic array [Text] / A. Balouktsis, D. Tsanakas, G. Vachtsevanos // Sol. Energy. – 1987. – Vol. 5. – P. 153–69.

12. Rahman, M.M. Computation of solar radiation tilt factor and optimum tilt angle for Bangladesh [Text]/ M.M. Rahman, S. Shareef // Indian Journ. of Radio & Space Physics. – 2000. – Vol. 29. – P. 37 –40.

13. Chang, T.P. Study on the optimal tilt angle of solar collector according to different radiation types [Text] / T.P. Chang // Int. Journ. of Applied Science and Engineering. – 2008. – Vol. 6. – P. 151–161.

14. Mehleri, E.D. Determination of the optimal tilt angle and orientation for solar photovoltaic arrays [Text] / E.D. Mehleri, P.L. Zervas [et al.] // Renew. Energy. – 2010. – Vol. 35. – P. 2468–2475.

15. Benghanem, M. Optimization of tilt angle for solar panel: case study for Madinah, Saudi Arabia [Text] / M. Benghanem //Appl. Energy. – 2011. – Vol. 88. – P. 1427–1433.

16. Stanciu, C. Optimum tilt angle for flat plate collectors all over the World – A declination dependence formula and comparisons of three solar radiation models [Text] / C. Stanciu, D. Stanciu // Energy Conversion and Management. – 2014. – Vol. 81. – P. 133–143.

17. Kaddoura, T.O. On the estimation of the optimum tilt angle of PV panel in Saudi Arabia [Text] / T.O. Kaddoura, A.M. Makbul [et al.] //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 65. – P. 626 – 634.

18. Гаевский, А.Ю. Определение оптимальных углов наклона фотоэлектрических панелей [Текст] / А.Ю. Гаевский, О.В. Ушкаленко // Відновлювана енергетика. – 2016. – № 1 (44). – С. 21–27.

19. Zang, H. Determination of the Optimal Tilt Angle of Solar Collectors for Different Climates of China [Text] / H. Zang, M. Guo [et al.] // Sustainability. – 2016. – Vol. 8. – P. 654–669.

20. Armstrong, S. A new methodology to optimise solar energy extraction under cloudy conditions [Text] / S. Armstrong, W.G. Hurley // Renewable Energy. – 2010. – Vol. 35. – P. 780–787.

21. Hussein, S. Performance evaluation of photovoltaic modules at different tilt angles and orientations [Text] / H.M.S. Hussein, G.E. Ahmad and H.H. El-Ghetany // Energy Convers Manage. – 2004. – Vol. 45. – P. 2441–2452.

22. Mondol, J.D. The impact of array inclination and orientation on the performance of a grid-connected photovoltaic system [Text] / J.D. Mondol, Y.G. Yohanis [et al.] // Renewable Energy. – 2007. – Vol. 32. – P. 118–140.

23. Виссарионов, В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика [Текст] / В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова и др. – М.: МЭИ, 2008. – 276 с.

24. NASA Surface meteorology and Solar Energy: Methodology [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ceoe.udel.edu/File%20Library/Research/Wind%20Power/SSE_Methodology.pdf – (Дата обращения: 09.02.2017).

25. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Выпуски 3 – 24/ под ред. Е.П. Борисенкова, Н.В. Кобышевой. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988 –1991.

26. Yasin, A.S. General polynomial for optimizing the tilt angle of flat solar energy harvesters based on ASHRAE clear sky model in mid and high latitudes [Text] / A.S. Yasin, N.Y. Fathi, A. Khaled Ali // Energy and Power.– 2016. – Vol. 6. – P. 29 –38.

27. Kalogirou, S.A. Solar Energy Engineering: Processes and Systems [Text] / S.A. Kalogirou. – London: Academic Press, 2009 – 760 p.

28. Loutzenhiser, P.G. Empirical validation of models to compute solar irradiance on inclined surfaces for building energy simulation [Text] / P.G. Loutzenhiser, H. Manz // Solar Energy. – 2007. – Vol. 81. – P. 254–267.


Для цитирования:


Гаевский А.Ю., Гаевская А.Н. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УГЛА НАКЛОНА И ОРИЕНТАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(13-15):15-29. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.13-15.015-029

For citation:


Gaevskii A.Y., Gaevskaya A.N. A METHOD FOR DETERMINING OF OPTIMAL TILT ANGLE AND ORIENTATION OF PV MODULES BASED ON MEASURED SOLAR RADIANCE DATA. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(13-15):15-29. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.13-15.015-029

Просмотров: 277


ISSN 1608-8298 (Print)