RU2766384C1 - Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем - Google Patents
Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766384C1 RU2766384C1 RU2021109215A RU2021109215A RU2766384C1 RU 2766384 C1 RU2766384 C1 RU 2766384C1 RU 2021109215 A RU2021109215 A RU 2021109215A RU 2021109215 A RU2021109215 A RU 2021109215A RU 2766384 C1 RU2766384 C1 RU 2766384C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rows
- photovoltaic modules
- modules
- electrical energy
- multiplicity
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным электростанциям, создаваемым на базе стационарно установленных фотоэлектрических модулей, без слежения за перемещением Солнца по небосклону и может найти применение при проектировании или модернизации солнечных электростанций в том числе для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Способ размещения фотоэлектрических модулей состоит в их установке с ориентацией на юг горизонтальными рядами друг за другом параллельно и с технологическим интервалом между рядами, который позволяет максимально эффективно утилизировать потенциал солнечной энергии района при рациональном использовании территории под их размещение, то есть обеспечить максимальную эффективность функционирования модулей с учетом их взаимного и пространственного размещения. 3 ил.
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным электростанциям, создаваемым на базе стационарно установленных фотоэлектрических модулей, без слежения за перемещением Солнца по небосклону и может найти применение при проектировании или модернизации солнечных электростанций в том числе для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Известен способ установки солнечных панелей при создании солнечных станций, в соответствии с которым все панели одинакового размера и, соответственно, одинаковой мощности расположены в один или несколько рядов, параллельных друг другу, под заданным углом наклона к горизонту с южной азимутальной ориентацией, который обеспечивает максимальную выработку электрической энергии за выбранный период времени (световой день, месяц, сезон или год). В солнечных станциях подобного типа панели устанавливаются стационарно, их повороты или перемещения не предусмотрены, а угол их ориентации по странам света и ориентация по отношению к небосклону выбираются одинаковыми для всех панелей. Такая компоновка солнечных панелей в солнечных электростанциях используется повсеместно, поскольку обеспечивает максимальное использование приходящей солнечной радиации [Vladislav Poulek, Martin Libra, Photovoltaics, theory and practice of solar energy utilization, Editor: ILSA (www.ilsa.cz), Prague, 1st edition, 168 pages, Printed at Ltd., 26101 Prabram IV., Czech Republic, January 2010, ISBN 978-80-904311-2-6, p. 61].
Недостатком такого способа компоновки фотоэлектрических модулей является то, что при определении технологического интервала между рядами модулей учитывается только их максимальная эффективность функционирования за выбранный период времени и не учитывается удельная выработка электрической энергии с занимаемой модулями площади, которая характеризует рациональное использование территорий под установку солнечных электрических станций.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ размещения солнечных батарей в солнечной электростанции, заключающийся в установке панелей таким образом, чтобы они размещались друг за другом рядами, были параллельны друг другу длинными торцами, и с технологическим интервалом между рядами таким, чтобы тень от предыдущего ряда панелей фотоэлектрических модулей при оптимальной высоте Солнца не накрывала последующего ряда, а технологический интервал внутри рядов между панелями составлял не более 0,1…0,15 длины панели фотоэлектрического модуля [RU №2285209, F24J 2/00].
Указанный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что солнечная станция с установленными таким способом солнечными батареями потребует достаточно большой площади, так как для обеспечения полной освещенности батарей круглый год (особенно в утренние и вечерние часы зимнего периода) потребуется установить их в ряды на значительном технологическом интервале.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции позволяет максимально эффективно утилизировать потенциал солнечной энергии района и рационально использовать территорию под их размещение.
Достижение указанного технического результата осуществляется таким подходом к выбору расстояния между рядами фотоэлектрических модулей, который предусматривает установку модулей рядами друг за другом под заданным углом к горизонту и с технологическим интервалом между рядами, полученным из критерия:
AW'=AW'',
где ΔW' - относительное изменение годовой выработки электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных под углом β относительно горизонта, углом γ по сторонам света и при кратности технологического интервала между рядами k и годовой выработки электрической энергии, сгенерированной тем же количеством модулей, что и для рассматриваемого варианта, только расположенных горизонтально, %:
где Wt,k - выработка электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных с кратностью технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей к их высоте к, кВт⋅ч;
Wt,0 - часовая выработка электрической энергии фотоэлектрическими модулями, расположенными горизонтально в месте их размещения, кВт⋅ч;
n - порядковый номер дня;
t - время суток, ч;
ΔW'' - относительное изменение годовой выработки электрической энергии при увеличении кратности технологического интервала между рядами, %:
где Wt,k-1 - выработка электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных с кратностью технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей к их высоте k-1, кВт⋅ч.
Исходные данные для оптимизации: географические координаты местности размещения модулей, широта ϕ,°, долгота ω,°; количество рядов Νp и фотоэлектрических модулей в них Ν, шт; пространственная ориентация модулей, угол наклона относительно горизонта β,°, угол наклона по сторонам света γ,°; кратность технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей к высоте модуля (далее - кратность технологического интервала между рядами), k, о.е.; геометрические размеры используемого модуля, Н, м, L, м;
Варьируемые параметры в задаче поиска оптимального расстояния между рядами фотоэлектрических модулей:
- кратность количества модулей в ряду к количеству рядов N/Np = 1:2…1:10;
- угол наклона фотоэлектрического модуля относительно горизонта β = 5…85°;
- предельные значения кратности технологического интервала между рядами k = kmin…kmax, о.е.
Кратность минимального технологического интервала определяется техническими ограничениями размещения модулей и равно:
kmin = cosβ.
Под максимальной кратностью технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей понимается такое ее значение, при котором вся поверхностью модуля будет вырабатывать электрическую энергию и не затеняться при самом низком положении Солнца над землей:
где θ - угол падения солнечного излучения на приемную поверхность,°.
Новые существенные признаки:
1. Технологический интервал между рядами фотоэлектрических модулей солнечной электростанции без слежения за Солнцем определяется с учетом уровня реализуемого потенциала солнечной энергии рассматриваемого района (заданной географической точки) и площади, занимаемого ими участка.
2. Обеспечивается максимальная эффективность функционирования фотоэлектрических модулей с учетом из взаимного и пространственного размещения.
3. Учитываются технические ограничения взаимного размещения рядов фотоэлектрических модулей исходя из угла их наклона относительно горизонта и закономерностей прихода солнечного излучения на приемную поверхность.
4. Учитывается кратность количества модулей в ряду к количеству рядов.
В соответствии с предлагаемым способом фотоэлектрические модули устанавливаются с ориентацией приемных поверхностей на юг.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено решение задачи оптимизации кратности технологического расстояния между рядами фотоэлектрических модулей, размещенных под углом β = 35° относительно горизонта, углом γ = 0° по сторонам света для Νp/Ν = 1:2.
На фиг. 2 представлен план расположения и освещенность модулей под углом 35° к горизонту и южной ориентацией при их размещении на оптимальном расстоянии 1300 22.07.2017 (а) и 1300 23.12.2017 (б) (симуляция проведена в программе PVSOL Premium 2020).
На фиг.3 в качестве примера представлена удельная выработка электрической энергии модулями, размещенными под углом 35° к горизонту южной ориентации (оптимальный угол наклона для рассматриваемой географической точки, позволяющий максимально утилизировать максимальное количество солнечной энергии за год) для различной кратности технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей солнечной станции.
Рассмотрены несколько подходов к размещению рядов фотоэлектрических модулей: 1 вариант - минимальная кратность технологического интервала; 2 вариант - предлагаемый подход; 3 вариант - согласно прототипу.
Из фиг. 3 видно, что первый вариант при рациональном использовании занимаемой площади характеризуется самой низкой эффективностью работы модулей. Для остальных вариантов компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции удельная выработка электрической энергии относительно площади поверхности модуля примерно одинаковая в виду аналогичных условий его освещенности (разница не превышает 2,2%). Однако, с точки зрения рационального использования местности размещения вариант 2 показывает наибольшую удельную генерацию с 1 м2 занимаемой площади (121,0 кВт⋅ч/м2), что на 55,8% больше, чем для варианта 3.
Преимуществом использования заявляемого решения при проектировании и оценке производительности солнечной электростанции без слежения за Солнцем в условиях Ростовской области Российской Федерации является то, что он позволяет подобрать такой технологический интервал между рядами фотоэлектрических модулей солнечной электростанции без слежения за Солнцем, который позволяет максимально эффективно утилизировать потенциал солнечной энергии района при рациональном использовании территории под их размещение, то есть обеспечить максимальную эффективность функционирования модулей с учетом из взаимного и пространственного размещения.
Claims (11)
- Способ размещения панелей солнечных батарей, состоящий из установки панелей рядами друг за другом таким образом, чтобы ряды были размещены параллельно друг другу, отличающийся тем, что технологический интервал между рядами фотоэлектрических модулей, установленными под заданным углом к горизонту, определяется из критерия:
- ΔW' = ΔW'',
- где ΔW' - относительное изменение годовой выработки электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных под углом β относительно горизонта, углом γ по сторонам света и при кратности технологического интервала между рядами k и годовой выработки электрической энергии, сгенерированной тем же количеством модулей, расположенных горизонтально, %:
- где Wt,k - выработка электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных с кратностью технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей к их высоте k, кВт⋅ч;
- Wt,0 - часовая выработка электрической энергии фотоэлектрическими модулями, расположенными горизонтально в месте их размещения, кВт⋅ч;
- n - порядковый номер дня;
- t - время суток, ч;
- ΔW'' - относительное изменение годовой выработки электрической энергии при увеличении кратности технологического интервала между рядами, %:
- где Wt,k-1 - выработка электрической энергии группой фотоэлектрических модулей, размещенных с кратностью технологического интервала между рядами фотоэлектрических модулей к их высоте k-1, кВт⋅ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109215A RU2766384C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109215A RU2766384C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766384C1 true RU2766384C1 (ru) | 2022-03-15 |
Family
ID=80736622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021109215A RU2766384C1 (ru) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766384C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2285209C1 (ru) * | 2005-04-13 | 2006-10-10 | Лев Николаевич Бурков | Способ размещения панелей солнечных батарей |
CN101515180A (zh) * | 2008-02-22 | 2009-08-26 | 张玉良 | 太阳能连动跟踪方法 |
RU2377472C1 (ru) * | 2008-11-14 | 2009-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Солнечная энергетическая установка |
US20100117372A1 (en) * | 2007-01-30 | 2010-05-13 | Mcmaster Thomas | Hybrid Wind Turbine |
RU2395758C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-07-27 | Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная электростанция |
RU2640795C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) | Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем |
RU2702311C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-10-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная электростанция (варианты) |
EA036209B1 (ru) * | 2016-07-25 | 2020-10-14 | Чавдар Георгиев Георгиев | Система расположения фотоэлектрических элементов |
-
2021
- 2021-04-02 RU RU2021109215A patent/RU2766384C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2285209C1 (ru) * | 2005-04-13 | 2006-10-10 | Лев Николаевич Бурков | Способ размещения панелей солнечных батарей |
US20100117372A1 (en) * | 2007-01-30 | 2010-05-13 | Mcmaster Thomas | Hybrid Wind Turbine |
CN101515180A (zh) * | 2008-02-22 | 2009-08-26 | 张玉良 | 太阳能连动跟踪方法 |
RU2377472C1 (ru) * | 2008-11-14 | 2009-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Солнечная энергетическая установка |
RU2395758C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-07-27 | Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная электростанция |
EA036209B1 (ru) * | 2016-07-25 | 2020-10-14 | Чавдар Георгиев Георгиев | Система расположения фотоэлектрических элементов |
RU2640795C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2018-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) | Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем |
RU2702311C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-10-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная электростанция (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104281741B (zh) | 光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法 | |
Khan et al. | Ground sculpting to enhance energy yield of vertical bifacial solar farms | |
Burhan et al. | Simulation and development of a multi-leg homogeniser concentrating assembly for concentrated photovoltaic (CPV) system with electrical rating analysis | |
Thakkar et al. | A simple non-linear model for the effect of partial shade on PV systems | |
RU2640795C1 (ru) | Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем | |
Varga et al. | Model-based analysis of shading losses in ground-mounted photovoltaic power plants | |
Bruno et al. | Small size single-axis PV trackers: control strategies and system layout for energy optimization | |
US11990864B2 (en) | Three-dimensional solar electrical generation systems and methods of deployment | |
Sharma et al. | Shading and available energy in a parabolic trough concentrator field | |
Jazayeri et al. | MATLAB/simulink based simulation of solar incidence angle and the sun's position in the sky with respect to observation points on the Earth | |
Marzouk | Land-Use competitiveness of photovoltaic and concentrated solar power technologies near the Tropic of Cancer | |
Nicoletti et al. | Performance Analysis of a Double-Sided PV Plant Oriented with Backtracking System. | |
RU2766384C1 (ru) | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем | |
Fakher Alfahed et al. | Electrification of a rural home by solar photovoltaic system in Haur Al-Hammar of Iraq | |
Marzouk | Energy generation intensity (EGI) for parabolic dish/engine concentrated solar power in Muscat, Sultanate of Oman | |
Saadatian et al. | Optimal solar panels’ tilt angles and orientations in Kuala Lumpur, Malaysia | |
Almadhhachi et al. | Sunflower solar tree vs. flat PV module: A comprehensive analysis of performance, efficiency, and land savings in urban solar integration | |
RU2395758C1 (ru) | Солнечная электростанция | |
Baviskar et al. | Predictive analysis of 50 kw solar photovoltaic system using pvsyst | |
Abdulsalam et al. | Optimum tilt angle for photovoltaic panels in Famagusta, Cyprus | |
de Melo et al. | A study on the influence of locality in the viability of solar tracker systems | |
Suto et al. | Power-generation characteristics of an FPM by simulation with shadow-effect analysis | |
Stephens et al. | Comparison of collection and land use efficiency for various solar concentrating field geometries | |
Kim | Modeling of high-concentrator photovoltaic systems for utility-scale applications | |
de Bem et al. | Solar photovoltaic tree multi aspects analysis− a review |