Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

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

ВЛИЯНИЕ УГЛА НАКЛОНА И ПЛОТНОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ФОТОМОДУЛЕЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЭС

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.012-024

Полный текст:

Аннотация

Одним из основных факторов, влияющих на мощность фотоэлектрических станций, является взаимное частичное затенение солнечных панелей. Вследствие особенностей электрических схем соединения фотоэлектрических ячеек в фотомодулях (ФМ) и наличия обводных диодов частичное затенение может в несколько раз снижать мощность ФМ и, соответственно, существенно уменьшать эффективность генерации фотоэлектрической станции (ФЭС) в определенные часы дня. Частичное затенение рядов солнечных панелей по разному влияет на выработку энергии при вертикальном размещении ФМ в рамах солнечных панелей (портретная ориентация) и при горизонтальном размещении ФМ (альбомная ориентация). В данной работе предложен новый метод определения влияния частичного затенения на выработку ФЭС, применимый для любого сезонного периода работы ФЭС. Исходными данными для расчетов являлась почасовая генерация затененного и полностью освещенного рядов панелей. На основе этих данных рассчитывался фактор мощности, описывающий зависимость электрической мощности панели от степени затенения. Фактор мощности служит для определения суммы радиации, поступающей на наклонную поверхность панелей в течение каждого дня рабочего периода станции. При этом использовались многолетние данные измерений основных компонентов солнечной радиации для района расположения ФЭС и анизотропная модель радиации. Впервые предложены карты распределения среднесуточной генерации, имеющие вид контурных графиков в координатах «плотность размещения рядов панелей – угол наклона». Эти карты позволяют найти оптимальные соотношения указанных параметров при решении двух типов задач: 1) обеспечения максимально возможной выработки при заданной установочной мощности ФЭС или общей мощности ФМ; 2) определения наиболее рационального использования земельного участка под ФЭС, то есть получения максимальной выработки с единицы площади участка. Преимуществом предложенного аналитического подхода является то, что здесь допускается масштабирование на большие фотоэлектрические системы без увеличения времени компьютерных вычислений. В качестве примеров выполнены оптимизационные расчеты на основе данных мониторинга выработки ФЭС, расположенных в Германии, и данные эксперимента с затенением в Одесской области.

Об авторах

А. Ю. Гаевский
НТУУ «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»; Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
Украина

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

д. 37, пр. Победы, Киев, 03056, 

д. 20а, ул. Гната Хоткевича, Киев, 02094



Д. А. Демин
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
Украина

Дмитрий Андреевич Демин - аспирант

д. 20а, ул. Гната Хоткевича, Киев, 02094



Список литературы

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

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

3. Гаевский, А.Ю. Метод определения оптимального угла наклона и ориентации фотоэлектрических модулей на основе экспериментальных данных солнечной радиации / А.Ю. Гаевский, А.Н. Гаевская // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2018. – № 13–15. – С. 15–29.

4. Bishop, J.W. Computer simulation of the effects of electrical mismatches in photovoltaic cell interconnection circuit / J.W. Bishop // Solar Cells. –1988. – Vol. 25. – No.1. – P. 73–89.

5. Bhattacharya, G. Removal of the hot-spot problem in photovoltaic modules and arrays / G. Bhattacharya, C. Neogy // Solar Cells. – 1991. – Vol. 31. – P. 1–12;

6. Iannone, F. Monte Carlo techniques to analyze the electrical mismatch losses in large-scale photovoltaic generators / F. Iannone, G. Noviello, A. Sarno // Solar Energy. – 1998. – Vol. 62. – P. 85–92.

7. Wagner, L.K. Microscopic description of light induced defects in amorphous silicon solar cells / L.K. Wagner, J.C. Grossman // Physical Review Letters. – 2008. – Vol. 101. – P. 265–501.

8. Kawamura, H. Simulation of I-V characteristics of a PV module with shaded PV cells / H. Kawamura [et al.] // Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2003. – Vol. 75. – P. 613–621.

9. Гаевский, А.Ю. Определение параметров фотоэлектрических модулей на основе точного решения уравнения для ВАХ / А.Ю.Гаевский // Вiдновлювана енергетика. 2012. № 4. С. 32-39.

10. Гаевский, А.Ю. Анализ эффекта затенения фотоэлектрических модулей в последовательно параллельном соединении / А.Ю.Гаевский, М.О. Врещ, О.В. Мельник // Вiдновлювана енергетика. 2013. № 1. С. 28 -30.

11. Quaschning, V. Numerical simulation of current-voltage characteristics of PV systems withshaded solar cells / V. Quaschning, R. Hanitsch // Solar Energy. – 1996. – Vol. 56. – P. 513–520.

12. Erge, Th. The German 1000-roofs-PVprogramme – a resume of the 5 years pioneer project for small grid-connected PV systems. / Th. Erge [et al.] // Proceedings of the 2nd World Conference on PVSEC. – 1998. – Vienna. – P. 2648–2651.

13. Kurokawa, K. Realistic values of various parameters for PV system design / K. Kurokawa // Renewable Energy. – 1998. – Vol. 15. – P. 157–164.

14. Abdullah Al Mamun, M. Experimental investigation of the effect of partial shading on photovoltaic performance / M. Abdullah Al Mamun, M. Hasanuzzaman, J. Selvaraj // IET Renewable Power Generation. – 2017. – Vol. 11. – No. 7. – P. 912–921.

15. Quaschning,V. Numerical simulation of current– voltage characteristics of photovoltaic systems with shaded solar cells / V. Quaschning, R. Hanitsch // Sol. Energy. – 1996. – Vol. 56. – P. 513–520.

16. Deline,C. A simplified model of uniform shading in large photovoltaic arrays / C. Deline, A. Dobosa, S. Janzoua // Solar Energy. – 2013. – Vol. 96. – P. 274–282.

17. Martínez-Moreno, F. Experimental model to estimate shading losses on PV arrays. /F. MartínezMoreno, J. Muñoz, E. Lorenzo E // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2010. – Vol. 94. – No.12. – P. 2298–303.

18. Petronea, G. Modeling of photovoltaic fields in mismatched conditions for energy yield evaluations / G. Petronea, C.A. Ramos-Pajab // Elect. Power Syst. Res. – 2011. – Vol. 81. – No. 4. – P. 1003–1013.

19. Drif, M. A new estimation method of irradiance on a partially shaded PV generator in grid-connected photovoltaic systems / M. Drif, P.J. Perez, J. Aguilera [et al.] // Renewable Energy. – 2008. – Vol. 33. – No. 9. – P. 2048–2056.

20. Woyte, A. Partial shadowing of photovoltaic arrays with different system configurations: literature review and field test results / A. Woyte, J. Nijs, R. Belmans // Solar Energy. – 2003. – Vol. 74. – P. 217–233.

21. Deambi, S. Photovoltaic System Design: Procedures, Tools and Applications // CRC Press, 2016. – 254 p.

22. Gordon, J.M. Central-station solar photovoltaic systems: field layout, tracker, and array geometry sensitivity studies / J.M. Gordon, H.J. Wenger // Solar Energy. – 1991. – Vol. 46. –No. 4. – P. 211–217.

23. Velasco, M.H. Comparison of partial shading losses in free field PV-plants with different array configurations / M.H. Velasco, F. Fiedler, D. Timm // Proceedings of 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. – 2012. – P. 4171–4175.

24. Alonso-Garcıa, M.C. Computer simulation of shading effects in photovoltaic arrays / M.C. AlonsoGarcıa, J.M. Ruiz, W. Herrmann // Renewable Energy.– 2006. – Vol. 31. – P. 1986–1993.

25. Brecl, K. Self-shading losses of fixed freestanding PV arrays / K. Brecl, M. Topic // Renew. Energy – 2011. – Vol. 36. – P. 3211–3216.

26. Velasco, M.H. Performance evaluation of different PV-array configurations under weak light conditions and partial shadings: Master level thesis European Solar Engineering School / M.H. Velasco. – Dalarna, 2012. – 79 p.

27. Kalogirou S. A. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Fourth Edition / Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2013. – 910 p.

28. Справочник по климату СССР. Украинская ССР. Часть I. Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние / Ленинград: Гидрометеорологическое изд. – 1966. – 126 с.

29. Surface Meteorology and Solar Energy / A renewable energy resource web site [E-resource]. – Available on: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ – (Дата обращения: 20.05.18.).

30. Balouktsis, A. On the optimum tilt angle of a photovoltaic array / A. Balouktsis, D. Tsanakas, G. Vachtsevanos // Sol. Energy. – 1987. – Vol. 5. – P. 153–169.


Для цитирования:


Гаевский А.Ю., Демин Д.А. ВЛИЯНИЕ УГЛА НАКЛОНА И ПЛОТНОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ФОТОМОДУЛЕЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЭС. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(25-30):12-24. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.012-024

For citation:


Gaevskii A., Diomin D. INFLUENCE OF SOLAR PANELS TILT ANGLE AND GROUND COVER RATIO ON PV PLANT PERFORMANCE. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(25-30):12-24. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.012-024

Просмотров: 296


ISSN 1608-8298 (Print)