Сравнительный анализ генерации электрической энергии фотоэлектрическими модулями в различных температурных условиях
Ключевые слова:
солнечная электростанция, перегрев фотоэлектрических модулей, снижение генерации электроэнергии, методы охлаждения
Аннотация
В статье приведены результаты теоретического исследования эффективности солнечной электростанции (СЭС) по выработке электроэнергии в условиях высоких и низких температур окружающей среды. Проведены расчеты температуры поверхности фотоэлектрического модуля, коэффициента полезного действия (КПД) и выработки электрической энергии для различных климатических условий (Орска Оренбургской области и Якутска Республики Саха (Якутия)). Построены мощностные и вольт-амперные характеристики модулей для рассматриваемых условий. Расчеты показали, что работа фотоэлектрических модулей в зимний период или при пониженных температурах значительно эффективнее за счет высокого выходного напряжения и, соответственно, мощности и генерации электрической энергии. Сделан вывод, что использование СЭС в северных регионах целесообразно, так как меньшая мощность солнечного излучения компенсируется низкой температурой, что благоприятно сказывается на работе СЭС. Обоснована необходимость защиты и охлаждения фотоэлектрических модулей с целью увеличения КПД и срока службы. Предложены варианты устройств и методов защиты поверхности модулей от перегрева, позволяющие снизить потери энергии и повысить эффективность работы солнечных электростанций.
Литература
1. Артюшевская Е.Ю. Анализ потенциала альтернативных источников энергии в Республике Саха (Якутия). – Вестник АмГУ, 2021, № 93, с. 72–75.
2. Васильева Е.Н. Возобновляемые источники энергии на севере республики Саха (Якутия). – NovaInfo. Ru, 2021, № 126, с. 14–15.
3. Иванова И.Ю. и др. Оценка экономической эффективности использования солнечного излучения для энергоснабжения в Арктической зоне Якутии. – Успехи современного естествознания, 2020, № 7, с. 118–125.
4. Кирпичникова И.М. Особенности работы солнечных энергоустановок в полярном климате. – Энергобезопасность и энергосбережение, 2022, № 5, с. 32–36.
5. Kabir E. et al. Solar Energy: Potential and Future Prospects. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 82(74), pp. 894–900, DOI: 10.1016/j.rser.2017.09.094.
6. Ерофеев А.С., Шишкин И.А., Латухина Н.В. Деградация солнечных элементов на базе пористого кремния. – Вестник молодых ученых и специалистов Самарского университета, 2020, № 1 (16), с. 267–272.
7. Моисеенко О.П., Казначеев А.Е. Тенденция развития возобновляемой энергетики в России. –Молодежь и научно-технический прогресс, 2019, с. 90–93.
8. Худяков Е.А., Мамонов Р.В. Альтернативные источники энергии. Гелиостанции: реалии, проблемы и перспективы. – Актуальные вопросы энергетики, 2020, с. 213–215.
9. Хондошко Ю.В., Воробьев А.А. Технологически изолированные энергосистемы России. – Вестник АмГУ, 2023, № 101, с. 88–91.
10. Макаров С.В. Развитие ВИЭ на базе солнечных электростанций на территории современной России. – Научный электронный журнал Меридиан, 2020, № 15(49), с. 195–197.
11. Солнечные батареи Хевел [Электрон. ресурс], URL: https://mywatt.ru/solnechnie_batarei/hevelsolar/ (дата обращения 09.10.2023).
12. Hassanian R., Riedel M., Yeganeh N. A Review in Context to Wind Effect on NOCT Model for Photovoltaic Panel. – Peer Rev J Sol Photoen Sys., 2022, 2(1). PRSP. 000528.
13. Портал Climate-Energy.ru [Электрон. ресурс], URL: https://climate-energy.ru (дата обращения 09.10.2023).
14. Левшов А.В., Фёдоров А.Ю., Молодиченко А.В. Математическое моделирование фотоэлектрических солнечных элементов. – Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия: электротехника и энергетика, 2011, № 11(186), с. 246–249.
15. Kirpichnikova I., Chirov D. Investigation of the Influence of Elevated Ambient Temperatures on the Operation of Photovoltaic Modules. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, 2022, pp. 214–219, DOI: 10.1109/ICIEAM54945.2022.9787180.
16. Gopi A. et al. Weather Impact on Solar Farm Performance: a Comparative Analysis of Machine Learning Techniques. – Sustainability, 2023, 15(1):439, DOI: 10.3390/su15010439.
17. Чиров Д.А., Самсонов В.С. Охлаждение солнечных батарей на базе эффекта Пельтье. – Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: сборник научных статей, 2021, часть 1, с. 112–114.
18. Shepovalova O. et al. Assessment of the Gross, Technical and Economic Potential of Region’s Solar Energy for Photovoltaic. – Energetics, 2023, vol. 16, 1262, DOI:10.3390/en16031262.
19. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B. Investigation of Surface Temperature of Solar Modules Using Holographic Overheating Protection. – IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice, 2019, pp. 80–84, DOI:10.1109/PEAMI.2019.8915414.
20. Rylov A.V. et al. Testing Photovoltaic Power Plants for Participation in General Primary Frequency Control under Various Topology and Operating Conditions. – Energies, 2021, vol. 14(16), 5179, DOI: 10.3390/en14165179.
21. Шохзода Б.Т., Тягунов М.Г. Оценка влияния рабочей температуры поверхности фотоэлектрического модуля с голографическим концентратором на эффективность его работы. – Вестник МЭИ, 2019, № 4, с. 50–59.
#
1. Artyushevskaya Е.Yu. Vestnik AmGU – in Russ. (Bulletin of the AmSU), 2021, No. 93, pp. 72–75.
2. Vasil'eva Е.N. NovaInfo. Ru, 2021, No. 126, pp. 14–15.
3. Ivanova I.Yu. et al. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya – in Russ. (Successes of Modern Natural Science), 2020, No. 7, pp. 118–125.
4. Kirpichnikova I.М. Energobezopasnost' i energosberezhenie –in Russ. (Energy Security and Energy Conservation), 2022, No. 5, pp. 32–36.
5. Kabir E. et al. Solar Energy: Potential and Future Prospects. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 82(74), pp. 894–900, DOI: 10.1016/j.rser.2017.09.094.
6. Erofeev A.S., Shishkin I.A., Latuhina N.V. Vestnik molodyh uchenyh i specialistov Samarskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Young Scientists and Specialists of Samara University), 2020, No. 1 (16), pp. 267–272.
7. Moiseenko O.P., Kaznacheev А.Е. Molodezh' i nauchno-tekhnicheskij progress – in Russ. (Youth and Scientific and Technological Progress), 2019, pp. 90–93.
8. Hudyakov E.A., Mamonov R.V. Aktual'nye voprosy energetiki – in Russ. (Current Issues of Power Engineering), 2020, pp. 213–215.
9. Hondoshko Yu.V., Vorob'ev А.А. Vestnik AmGU – in Russ. (Bulletin of the AmSU), 2023, No. 101, pp. 88–91.
10. Makarov S.V. Nauchnyj elektronnyj zhurnal Meridian – in Russ. (Scientific Electronic Journal Meridian), 2020, No. 15(49), pp. 195–197.
11. Solnechnye batarei Hevel (Hevel Solar Panels) [Electron. resource], URL: https://mywatt.ru/solnechnie_batarei/hevelsolar/ (Date of appeal 09.10.2023).
12. Hassanian R., Riedel M., Yeganeh N. A Review in Context to Wind Effect on NOCT Model for Photovoltaic Panel. – Peer Rev J Sol Photoen Sys., 2022, 2(1). PRSP. 000528.
13. Portal Climate-Energy.ru [Electron. resource], URL: https://climate-energy.ru (Date of appeal 09.10.2023).
14. Levshov A.V., Fyodorov A.Yu., Molodichenko А.V. Nauchnye trudy Doneckogo nacional'nogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: elektrotekhnika i energetika – in Russ. (Scientific Works of Donetsk National Technical University. Series: Electrical Engineering and Power Engineering), 2011, No. 11(186), pp. 246–249.
15. Kirpichnikova I., Chirov D. Investigation of the Influence of Elevated Ambient Temperatures on the Operation of Photovoltaic Modules. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, 2022, pp. 214–219, DOI: 10.1109/ICIEAM54945.2022.9787180.
16. Gopi A. et al. Weather Impact on Solar Farm Performance: a Comparative Analysis of Machine Learning Techniques. – Sustainability, 2023, 15(1):439, DOI: 10.3390/su15010439.
17. Chirov D.A., Samsonov V.S. Prioritetnye napravleniya innovacionnoy deyatel'nosti v promyshlennosti: sbornik nauchnyh statey – in Russ. (Priority Directions of Innovation Activity in Industry: Collection of Scientific Articles), 2021, part 1, pp. 112–114.
18. Shepovalova O. et al. Assessment of the Gross, Technical and Economic Potential of Region’s Solar Energy for Photovoltaic. – Energetics, 2023, vol. 16, 1262, DOI:10.3390/en16031262.
19. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B. Investigation of Surface Temperature of Solar Modules Using Holographic Overheating Protection. – IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice, 2019, pp. 80–84, DOI:10.1109/PEAMI.2019.8915414.
20. Rylov A.V. et al. Testing Photovoltaic Power Plants for Participation in General Primary Frequency Control under Various Topology and Operating Conditions. – Energies, 2021, vol. 14(16), 5179, DOI: 10.3390/en14165179.
21. Shohzoda B.T., Tyagunov М.G. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2019, No. 4, pp. 50–59
2. Васильева Е.Н. Возобновляемые источники энергии на севере республики Саха (Якутия). – NovaInfo. Ru, 2021, № 126, с. 14–15.
3. Иванова И.Ю. и др. Оценка экономической эффективности использования солнечного излучения для энергоснабжения в Арктической зоне Якутии. – Успехи современного естествознания, 2020, № 7, с. 118–125.
4. Кирпичникова И.М. Особенности работы солнечных энергоустановок в полярном климате. – Энергобезопасность и энергосбережение, 2022, № 5, с. 32–36.
5. Kabir E. et al. Solar Energy: Potential and Future Prospects. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 82(74), pp. 894–900, DOI: 10.1016/j.rser.2017.09.094.
6. Ерофеев А.С., Шишкин И.А., Латухина Н.В. Деградация солнечных элементов на базе пористого кремния. – Вестник молодых ученых и специалистов Самарского университета, 2020, № 1 (16), с. 267–272.
7. Моисеенко О.П., Казначеев А.Е. Тенденция развития возобновляемой энергетики в России. –Молодежь и научно-технический прогресс, 2019, с. 90–93.
8. Худяков Е.А., Мамонов Р.В. Альтернативные источники энергии. Гелиостанции: реалии, проблемы и перспективы. – Актуальные вопросы энергетики, 2020, с. 213–215.
9. Хондошко Ю.В., Воробьев А.А. Технологически изолированные энергосистемы России. – Вестник АмГУ, 2023, № 101, с. 88–91.
10. Макаров С.В. Развитие ВИЭ на базе солнечных электростанций на территории современной России. – Научный электронный журнал Меридиан, 2020, № 15(49), с. 195–197.
11. Солнечные батареи Хевел [Электрон. ресурс], URL: https://mywatt.ru/solnechnie_batarei/hevelsolar/ (дата обращения 09.10.2023).
12. Hassanian R., Riedel M., Yeganeh N. A Review in Context to Wind Effect on NOCT Model for Photovoltaic Panel. – Peer Rev J Sol Photoen Sys., 2022, 2(1). PRSP. 000528.
13. Портал Climate-Energy.ru [Электрон. ресурс], URL: https://climate-energy.ru (дата обращения 09.10.2023).
14. Левшов А.В., Фёдоров А.Ю., Молодиченко А.В. Математическое моделирование фотоэлектрических солнечных элементов. – Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия: электротехника и энергетика, 2011, № 11(186), с. 246–249.
15. Kirpichnikova I., Chirov D. Investigation of the Influence of Elevated Ambient Temperatures on the Operation of Photovoltaic Modules. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, 2022, pp. 214–219, DOI: 10.1109/ICIEAM54945.2022.9787180.
16. Gopi A. et al. Weather Impact on Solar Farm Performance: a Comparative Analysis of Machine Learning Techniques. – Sustainability, 2023, 15(1):439, DOI: 10.3390/su15010439.
17. Чиров Д.А., Самсонов В.С. Охлаждение солнечных батарей на базе эффекта Пельтье. – Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: сборник научных статей, 2021, часть 1, с. 112–114.
18. Shepovalova O. et al. Assessment of the Gross, Technical and Economic Potential of Region’s Solar Energy for Photovoltaic. – Energetics, 2023, vol. 16, 1262, DOI:10.3390/en16031262.
19. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B. Investigation of Surface Temperature of Solar Modules Using Holographic Overheating Protection. – IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice, 2019, pp. 80–84, DOI:10.1109/PEAMI.2019.8915414.
20. Rylov A.V. et al. Testing Photovoltaic Power Plants for Participation in General Primary Frequency Control under Various Topology and Operating Conditions. – Energies, 2021, vol. 14(16), 5179, DOI: 10.3390/en14165179.
21. Шохзода Б.Т., Тягунов М.Г. Оценка влияния рабочей температуры поверхности фотоэлектрического модуля с голографическим концентратором на эффективность его работы. – Вестник МЭИ, 2019, № 4, с. 50–59.
#
1. Artyushevskaya Е.Yu. Vestnik AmGU – in Russ. (Bulletin of the AmSU), 2021, No. 93, pp. 72–75.
2. Vasil'eva Е.N. NovaInfo. Ru, 2021, No. 126, pp. 14–15.
3. Ivanova I.Yu. et al. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya – in Russ. (Successes of Modern Natural Science), 2020, No. 7, pp. 118–125.
4. Kirpichnikova I.М. Energobezopasnost' i energosberezhenie –in Russ. (Energy Security and Energy Conservation), 2022, No. 5, pp. 32–36.
5. Kabir E. et al. Solar Energy: Potential and Future Prospects. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 82(74), pp. 894–900, DOI: 10.1016/j.rser.2017.09.094.
6. Erofeev A.S., Shishkin I.A., Latuhina N.V. Vestnik molodyh uchenyh i specialistov Samarskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of Young Scientists and Specialists of Samara University), 2020, No. 1 (16), pp. 267–272.
7. Moiseenko O.P., Kaznacheev А.Е. Molodezh' i nauchno-tekhnicheskij progress – in Russ. (Youth and Scientific and Technological Progress), 2019, pp. 90–93.
8. Hudyakov E.A., Mamonov R.V. Aktual'nye voprosy energetiki – in Russ. (Current Issues of Power Engineering), 2020, pp. 213–215.
9. Hondoshko Yu.V., Vorob'ev А.А. Vestnik AmGU – in Russ. (Bulletin of the AmSU), 2023, No. 101, pp. 88–91.
10. Makarov S.V. Nauchnyj elektronnyj zhurnal Meridian – in Russ. (Scientific Electronic Journal Meridian), 2020, No. 15(49), pp. 195–197.
11. Solnechnye batarei Hevel (Hevel Solar Panels) [Electron. resource], URL: https://mywatt.ru/solnechnie_batarei/hevelsolar/ (Date of appeal 09.10.2023).
12. Hassanian R., Riedel M., Yeganeh N. A Review in Context to Wind Effect on NOCT Model for Photovoltaic Panel. – Peer Rev J Sol Photoen Sys., 2022, 2(1). PRSP. 000528.
13. Portal Climate-Energy.ru [Electron. resource], URL: https://climate-energy.ru (Date of appeal 09.10.2023).
14. Levshov A.V., Fyodorov A.Yu., Molodichenko А.V. Nauchnye trudy Doneckogo nacional'nogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: elektrotekhnika i energetika – in Russ. (Scientific Works of Donetsk National Technical University. Series: Electrical Engineering and Power Engineering), 2011, No. 11(186), pp. 246–249.
15. Kirpichnikova I., Chirov D. Investigation of the Influence of Elevated Ambient Temperatures on the Operation of Photovoltaic Modules. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, 2022, pp. 214–219, DOI: 10.1109/ICIEAM54945.2022.9787180.
16. Gopi A. et al. Weather Impact on Solar Farm Performance: a Comparative Analysis of Machine Learning Techniques. – Sustainability, 2023, 15(1):439, DOI: 10.3390/su15010439.
17. Chirov D.A., Samsonov V.S. Prioritetnye napravleniya innovacionnoy deyatel'nosti v promyshlennosti: sbornik nauchnyh statey – in Russ. (Priority Directions of Innovation Activity in Industry: Collection of Scientific Articles), 2021, part 1, pp. 112–114.
18. Shepovalova O. et al. Assessment of the Gross, Technical and Economic Potential of Region’s Solar Energy for Photovoltaic. – Energetics, 2023, vol. 16, 1262, DOI:10.3390/en16031262.
19. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B. Investigation of Surface Temperature of Solar Modules Using Holographic Overheating Protection. – IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice, 2019, pp. 80–84, DOI:10.1109/PEAMI.2019.8915414.
20. Rylov A.V. et al. Testing Photovoltaic Power Plants for Participation in General Primary Frequency Control under Various Topology and Operating Conditions. – Energies, 2021, vol. 14(16), 5179, DOI: 10.3390/en14165179.
21. Shohzoda B.T., Tyagunov М.G. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2019, No. 4, pp. 50–59
