Определение угла наклона солнечных батарей для получения максимальной эффективности

Проблемы энергообеспечения и энергосбережения волновали человечество во все времена. В настоящее время эта тема становится все более актуальной во всем мире, в том числе и в России.

В связи с этим особенно важными являются вопросы применения нетрадиционных систем энергосбережения с использованием энергии солнца, ветра, различных водотоков, геотермальных источников, биомассы, торфа, сапропели, детрита [1]. На рынках все более активно появляются различные системы альтернативной энергетики. Среди них особенно распространёнными являются солнечные батареи, солнечные коллекторы и концентраторы [6,7].

Большая роль в этом принадлежит очевидным преимуществам возобновляемых источников энергии – неисчерпаемость ресурсов, экологическая чистота, а также тот фактор, что их использование не изменяет энергетический баланс нашей планеты [2,3].

Ученые уже давно нашли способ использования бесплатной солнечной энергии с помощью солнечных батарей. Возможности солнечных батарей для генерации электричества стали известны более века назад. Однако в значительно мере они были реализованы лишь в последние десятилетия. В их развитии особую роль ключевую роль играют новейшие технологии, которые направлены на увеличение коэффициентов полезного действия.

Особенно перспективными являются солнечные батареи и фотоэлектрические панели, которые обеспечивают получение бесплатной экологически чистой энергии, при этом практически неисчерпаемой.

Технологии не стоят на месте, постоянно развиваются. Сейчас стало доступным накапливать солнечную энергию и перерабатывать ее даже тогда, когда на улице пасмурно, идет снег или дождь. В связи с простотой использования солнечных батарей для получения электроэнергии и преимуществами солнечной энергии солнечная генерация считается одним из самых перспективных направлений в развитии возобновляемых источников энергии.

К сожалению, бытует мнение о том, что солнечные батареи пусть и экологически чистый источник энергии, но дорогой, по сравнению, к примеру, с дизельными генераторами. Однако это неверно.

Для получения максимального значения выработанной энергии необходимо рассчитать угол наклона поверхности солнечных батарей к поверхности Земли. При этом солнечный луч должен поступать на поверхность батареи под углом 90⁰_.

Рисунок 1. Угол наклона солнечной батареи к поверхности Земли

Для определения угла наклона α мы воспользовались приложением PVWatts [5], которое дает возможность оценить выработку электроэнергии для фотоэлектрической системы, подключенной к сети или на крыше, на основе нескольких простых входных данных.

Чтобы использовать это приложение, необходимо предоставить информацию о местонахождении системы, основных параметрах проектирования и среднегодовом розничном тарифе на электроэнергию. PVWatts рассчитывает оценки годового и ежемесячного производства электроэнергии в системе, а также оценку стоимости этой электроэнергии.

Для начала работы вводим широту и долготу местоположения системы. PVWatts использует эту информацию для автоматической идентификации данных о солнечном ресурсе, доступных в месте расположения системы или рядом с ней.

Калькулятор оценивает ежемесячное и годовое производство электроэнергии фотоэлектрической системой, используя почасовое моделирование в течение одного года. Для предоставления физических характеристик системы PVWatts требует значений для входных данных:

- Размер системы постоянного тока;

- Тип модуля;

- Системные потери;

- Угол наклона.

После проведения необходимых действий данного приложения были получены результаты, представленные на рисунке.

Рисунок 2. Результаты при угле наклона 45^o

Рисунок 3. Результаты при угле наклона 20^o

Рисунок 4. Результаты при угле наклона 68^o

Из полученных результатов видно, что годовая выработанная энергия больше при угле наклона 45^o (696190 кВт) по сравнению с энергией при 20^o(642603 кВт) и при 68^o(655466 кВт). Поэтому, в своих дальнейших расчетах мы использовали угол наклона 45^o.

Для конструирования солнечных панелей на крыше был рассчитан угол наклона батареи к поверхности Земли. С этой целью было использовано приложение PVWatts, что позволило определить годовые значения выработанной солнечной энергии при различных углах наклона – 20^o, 45^o, 68^o. Выяснено, что наибольшая (или максимальная) годовая энергия вырабатывается при угле наклона 45^o.