CC BY
5
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
11. Khalin E., Mikhaylova E. Innovative means and technologies ensuring electrical safety of agricultural production // Handbook of Research on Renewable Energy and Electric Resources for Sustainable Rural Development. 2018. 21 p.
12. Sazonova A., Kopytenkova O., Staseva E. Risk of pathologies when exposed to fine dust in the construction industry // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 032039.
Информация об авторах Васильева Елена Викторовна, доцент кафедры «Экология и промышленная безопасность» ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова (346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), кандидат технических наук, тел. 89085080528, e-mail: karalenka5@yandex.ru
Яковенко Елена Александровна, доцент кафедры «Экология и промышленная безопасность» Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский Политехнический Институт) имени М.И. Платова (346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), кандидат сельскохозяйственных наук, тел. 89518440498, e- mail: yakovlena80@yandex.ru Чибинёв Николай Николаевич, доцент кафедры «Экология и промышленная безопасность», Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский Политехнический Институт) имени М.И. Платова (346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), кандидат технических наук, тел. 89185431953, e-mail: fire.expert.ug@gmail.com. Федоров Виктор Матвеевич, профессор Новочеркасского инженерно-мелиоративного института им. А. К. Кортунова - филиал Донского государственного аграрного университета (346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111), e-mail: viktor-fedorov1955@yandex.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-56 ANALYSIS OF THE LEVEL OF UTILIZATION OF THE SOLAR ENERGY RESOURCE BY A PHOTOELECTRIC SYSTEM LOCATED ON THE BUILDING
ENVELOPE
Yu. V. Daus1, V.V. Kharchenko2, I.V. Yudaev1
1Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «St. Petersburg State Agrarian University», St. Petersburg 2Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center of the All-Russian Research Institute of Mechanization», Moscow
Received 02.03.2022 Submitted 21.04.2022
Summary
The article analyzes the level of the solar energy resource utilization on the example of operating solar photovoltaic power plant of the leisure and trade facility located in the rural area. The deviations of the electrical energy generation by photovoltaic modules of the selected orientation from the generation by modules of the optimal orientation for the studied region, by modules that are placed horizontally to the Earth's surface, by modules that are optimally oriented relatively to the horizon of the same placement on the cardinal points are calculated and analyzed.
Abstract
Introduction. One of the main advantages of photovoltaic systems is the ability to integrate them into both existing and new consumer infrastructures, regardless of their configuration, using building envelopes. This is especially important for agribusiness facilities, where almost all areas are used for agricultural production. Studies of the issues of incoming solar energy utilization using photovoltaic systems installed on the roofs of both industrial and residential buildings are most often devoted to urban development, where mutual shading by buildings and their elements has a separate effect, which is practically absent for rural areas and does not carry out detailed modeling on the example of the specific building, taking into account the peculiarities of its architecture and spatial position. The purpose of the study is to analyze the level of the solar energy resource utilization using the example of the operating solar photovoltaic power plant of the leisure and trade facility located in rural area with coordinates 9 = 50.0°N, y = 45.3°E. (Volgograd region). Object. The on-roof photovoltaic power plant with installed capacity of 72.35 kW based on Public Joint
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Stock Company «Kvazar» solar modules with the total area of 495 m2, located on the double slope roof measuring 71.2 x 15.3 m with the inclination angle of 17 ° relatively to the horizon, the inner slope of the roof is directed to the south east with azimuth -45°. Materials and methods. For different time periods, the following values were calculated: deviation of electric energy generation by photovoltaic modules of the selected orientation from the generation of optimal orientation modules for the studied region; deviation of the electrical energy generation by photovoltaic modules of the selected orientation from the generation, by the horizontally placed to the surface of the Earth modules (gross potential); deviation of the electrical energy generation by photovoltaic modules of the selected orientation from the generation by modules that are optimally oriented relatively to the horizon of the same placement on the cardinal points; deviation of the actual electrical energy generation by photovoltaic modules of the selected orientation from the generation by modules that are horizontally located to the Earth's surface. Results and conclusion. The analysis was conducted of the level of the solar energy resource utilization using the example of existing rooftop photovoltaic power plant. The rooftop photovoltaic power plant for power supply of the leisure and trade facility (Volgograd region) is equipped with modules of south-east and south-west orientation with the tilt angle of 17° relatively to the horizon. The existing layout of the photovoltaic system does not make it possible to utilize fully the entire flow of incoming solar radiation: for the year, the electrical energy generation by the modules of the considered power plant is lower by 21.5% than modules that are horizontal to the Earth's surface, 21.2% - than optimally placed at orientation to the south-east and south-west and 25.9% -than optimally placed.
Key words: photovoltaic power plant, building envelope, solar energy resource.
Citation. Daus Yu.V., Kharchenko V.V., Yudaev I.V. Analysis of the level of utilization of the solar energy resource by a photovoltaic system located on the building envelope. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 456-464 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-56.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 633.2(58.02)
АНАЛИЗ УРОВНЯ УТИЛИЗАЦИИ РЕСУРСА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ, РАЗМЕЩЕННОЙ НА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЯ
Ю. В. Даус1, кандидат технических наук В. В. Харченко2, доктор технических наук И. В. Юдаев1, доктор технических наук
1ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
г. Санкт-Петербург 2ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», г. Москва
Дата поступления в редакцию 02.03.2022 Дата принятия к печати 21.04.2022
Актуальность. Одним из основных преимуществ фотоэлектрических систем является возможность их интеграции как в существующие, так и в строящиеся инфраструктуры потребителей, независимо от их конфигурации и используя для монтажа ограждающие конструкции зданий. Это особенно важно для объектов АПК, где практически все свободные почвенные площади используются под производство сельскохозяйственной продукции. Исследования вопросов утилизации приходящей солнечной энергии с помощью фотоэлектрических систем, установленных на крышах как производственных, так и жилых зданий, чаще всего посвящены городской застройке, где отдельное влияние имеет взаимное затенение зданиями и их элементами генерирующих объектов, что практически отсутствует в сельской местности и не учитывается при детальном моделировании на примере конкретного здания с учетом особенностей его архитектуры и пространственного положения. Цель исследования - проанализировать уровень утилизации ре-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сурса солнечной энергии на примере действующей солнечной фотоэлектрической станции объекта досуга и торговли, размещенной в сельском районе с координатами ф = 50,0°с.ш., у = 45,3°в.д. (Волгоградская область). Объект. Крышная фотоэлектрическая станция установленной мощностью 72,35 кВт на базе солнечных модулей ПАО «КВАЗАР» общей площадью 495 м2, расположенная на двухскатной крыше размером 71,2 х 15,3 м с углом наклона 17° относительно горизонта, а внутренний скат крыши направлен на юго-восток с азимутом -45°. Материалы и методы. Для различных интервалов времени были рассчитаны следующие величины: отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки модулями оптимальной ориентации для заданного региона; отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки, горизонтально к поверхности Земли размещенными модулями (валовый потенциал); отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки модулями оптимально ориентированными относительно горизонта того же размещения по сторонам света; отклонение реальной выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки горизонтально расположенными к поверхности Земли модулями. Результаты и выводы. Крышная фотоэлектрическая станция для электроснабжения объекта досуга и торговли (Волгоградская область) оборудована модулями юго-восточной и юго-западной ориентации с углом наклона 17° относительно горизонта. Существующая компоновка фотоэлектрической системы не дает возможности в полной мере утилизировать весь поток приходящего солнечного излучения: за год выработка электрической энергии модулями рассматриваемой электрической станции ниже на 21,5%, чем горизонтальными к поверхности Земли модулями, 21,2% - чем оптимально размещенными при ориентации на юго-восток и юго-запад и 25,9% - чем оптимально размещенными.
Ключевые слова: фотоэлектрические станции, ограждающие конструкции здания, ресурс солнечной энергии.
Цитирование. Даус Ю. В., Харченко В. В., Юдаев И. В. Анализ уровня утилизации ресурса солнечной энергии фотоэлектрической системой, размещенной на ограждающих конструкциях здания. Известия НВ АУК. 2022. 2(66). 456-464. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-56.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Одним из основных преимуществ фотоэлектрических систем является возможность их интеграции как в существующие, так и во вновь возводимые инфраструктуры сооружений потребителей, независимо от их конфигурации, часто используя для этого ограждающие конструкции зданий. Это особенно важно для объектов АПК, где практически вся свободная от застройки территория используется для технологических нужд производства сельскохозяйственной продукции. Кроме того, такую систему электроснабжения можно превратить в распределенную систему генерации, обеспечивающую потребителя в рамках одной усадьбы, фермы или предприятия, не вырабатывающую энергию за точку балансовой принадлежности [8]. Такая технология генерации на основе крышных фотоэлектрических систем позволит снизить оплату за потребляемую электрическую энергию и уменьшить нагрузку на энергосистему [4], обеспечить гибкое управление в часы максимума электрической нагрузки [7].
На крыше здания фотоэлектрический модуль может размещаться тремя способами: горизонтально к поверхности Земли, под оптимальным углом на плоской крыше и под углом наклона ограждающей конструкции (ската крыш) [10].
Изучение вопросов утилизации приходящей солнечной энергии с помощью фотоэлектрических систем, установленных на крышах как производственных, так и жилых зданий, проводится многочисленными группами ученых различных стран [6]. При этом ре-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сурс солнечной энергии, реализуемый с помощью такой технологии выработки электрической энергии, интерпретируется ими по-разному. Большинство существующих исследований посвящены оценке технического потенциала солнечной энергии, а именно потоку солнечного излучения, которое можно утилизировать с учетом ряда ограничений (например, площадь крыши, эффективность модуля и т.д.) [9]. Более ранние исследования определяли ресурс солнечной энергии при использовании фотоэлектрической установки, размещенной на крыше здания, по упрощенному методу путем аппроксимации доступной площади крыши и ввода обобщающих множителей для учета различных факторов, влияющих на уровень генерации энергии [3]. Укрупненные показатели применения фотоэлектрической системы в условиях городской застройки также представлены в работах [5].
Кроме того, предложенные подходы только идентифицируют ресурс солнечной энергии при применении фотоэлектрических систем, размещенных на крыше, но не проводят анализа-сравнения его уровня относительно ресурса, получаемого на горизонтальной к поверхности Земли приемной площадке и отклонения его от аналогичной величины для оптимальных вариантов пространственной ориентации приемных поверхностей для места их размещения. Констатируя можно отметить, что не сравнивают полученные значения потока солнечного излучения с максимально возможным уровнем реализации ресурса солнечной энергии, когда фотоэлектрический модуль развернут в пространстве для получения максимального потока солнечной энергии на его поверхности за заданный период времени.
Большая часть вышеописанных исследований адаптирована под территорию городской застройки, где отдельное влияние имеет взаимное затенение зданиями и их элементами, что практически отсутствует для сельской местности. Кроме того, большинство исследований содержат данные и результаты, полученные при обработке плотной застройки или значительной территории, и не проводят детальное моделирование на примере конкретного здания с учетом особенностей его архитектуры и пространственного положения.
Цель исследования - проанализировать уровень утилизации ресурса солнечной энергии на примере действующей солнечной фотоэлектрической станций объекта досуга и торговли, размещенной в сельском районе координатами ф = 50,0°с.ш., у = 45,3°в.д. (Волгоградская область).
Объект исследования. На рисунке 1 представлен внешний вид крышной фотоэлектрической станции установленной мощностью 72,35 кВт на базе солнечных фотоэлектрических модулей ПАО «КВАЗАР» общей площадью 495 м2.
Рисунок 1 - Общий вид здания с размещенной на его крыше фотоэлектростанции (а) и дополнительная секция модулей на северо-западном (обратном) скате крыши (б)
Figure 1 - General view of the building with the photovoltaic power plant located on its roof (a) and additional section of the modules on the northwestern (reverse) roof slope (b).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Фотоэлектрическая станция расположена на двухскатной крыше размером 71,2 х 15,3 м с углом наклона 17° относительно горизонта, внутренний скат крыши направлен на юго-восток с азимутом -45°. Фотоэлектрические модули суммарной площадью 396 м2 размещены на юго-восточной части крыш, остальные 99 м2 модулей расположены на юго-западном скате.
Данные почасовой выработки электрической энергии в летний и зимний характерные дни года для 2013-2015 гг. показаны на рисунке 2, где также приведены данные о генерации электрической энергии с учетом компоновки станции на основе данных о ресурсе солнечной энергии согласно координатам района её размещения, полученных с помощью [2] методом математического моделирования.
40 30 •а 20
Ы
10
7,5
F 5 i
5 2.5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 -22.06.2013 - 22.06.2014 tf 4
1 3 5 7 9 11 131517192123
t. ч
— 22.06.2013 -22.06.2014
■ 22.06.2015
■ расчетные
■22.06.2015'
■ расчетные
а)
б)
Рисунок 2 -Суточная выработка электрической энергии, зафиксированная на станции и полученная математическим моделированием для характерных дней: 22 июня (а) и 22 декабря (б)
Figure 2 - Daily electrical energy generation recorded at the power plant and obtained by mathematical modeling for typical days: June, 22 (a) and December, 22 (b)
Графики же генерации для каждого конкретного дня года чувствительны к реальному состоянию атмосферы, поэтому характеризуются всплесками и провалами в течение суток. При этом суточные суммы генерируемой энергии за сутки по сравнению с расчетными значениями отличаются на 6,2-7,8% весной и осенью, 6,8% летом и 9,3% зимой, что связано с небольшим периодом наблюдения (3 года для рассматриваемой крышной электрической станции) и зависимостью приходящего потока солнечного излучения от сиюминутных реальных атмосферных условий.
Рисунок 3 - Месячная выработка электрической энергии, зафиксированная на станции и полученная математическим моделированием
Figure 3 - Monthly electrical energy generation recorded at the power plant and obtained
by mathematical modeling
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
На рисунке 3 представлены месячные суммы выработки электрической энергии станцией и полученные математическим моделированием с помощью программы для ЭВМ «Оценка потенциала солнечной энергии в заданной точке Южного федерального округа» [1, 2].
Наибольшее отклонение генерируемой электрической энергии за месяц, наблюдается в период с ноября по май (17,2-56,1%), так как этот период характеризуется неустойчивым состоянием атмосферы, постоянными осадками и высокой облачностью. Суммарная же выработка за год и смоделированная и усредненная за три года наблюдения соизмеримы (отклонение составляет 4,3%).
Материалы и методы. Для каждого суточного характерного дня выработки электрической энергии были посчитаны следующие величины:
- отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки модулями оптимальной ориентации для заданного региона ДW1, о.е.;
- отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки, горизонтально к поверхности Земли размещенными модулями (валовый потенциал) ДW2, о.е.;
- отклонение выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки модулями оптимально ориентированными относительно горизонта того же размещения по сторонам света ДW3, о.е.;
- отклонение реальной выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями выбранной ориентации от выработки горизонтально расположенными к поверхности Земли модулями ДW4, о.е.
Здесь ДW1 характеризует отклонение от максимально возможного реализуемого ресурса за год для заданной точки на поверхности Земли. ДW2 показывает уровень реализации имеющегося ресурса солнечной энергии рассматриваемого региона относительно валового потенциала солнечной энергии. Величина ДW2 характеризует отклонение от максимально возможного реализуемого потенциала для заданной географической точки с учетом ориентации приемной поверхности по сторонам света ограждающей конструкции, на которой размещены фотоэлектрические модули. В рассматриваемом варианте компоновки фотоэлектрической станции модули развернуты на конструкции (в частности, крыше) в сторону юга с помощью системы их крепления, а не на юго-запад, куда направлена поверхность крыши. Величина ДW4 даёт возможность проанализировать ожидаемый эффект и полученный эффект от применения фотоэлектрической станции в составе системы электроснабжения объекта в течение 5 лет эксплуатации.
Результаты и обсуждение. Рассмотрим уровень реализации имеющегося ресурса солнечной энергии для рассматриваемой точки на поверхности Земли средствами крышной фотоэлектрической станцией в течение суток на примере 22 июня (характерный летний день). При использовании имеющейся ограждающей конструкции, ориентированной под углом 17° относительно горизонта на юго-восток и юго-запад, для установки модулей пик графика выработки электрической энергии смещается незначи-
тт -700 1 ¿-00
тельно на один час назад. При этом с 7 до 16 относительно горизонтальных модулей
00 00
и с 7 до 14 относительно оптимально размещенной приемной поверхности рассматриваема компоновка фотоэлектрической станции будет функционировать эффективней на 1,0-7,4 % и на 1,4-56,3 % соответственно, причем наилучшие условия эксплуатации наблюдаются в утреннее время, так как большая часть модулей ориентирована на юго-восток. С 1900 и до заката часть модулей, ориентированных на юго-запад, также обеспечит более высокий уровень выработки электрической энергии, чем при оптимальном варианте ориентации модулей в пространстве (3,5-18,7 %). Однако в сумме за летний
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
день генерация энергии станцией будет соизмерима со значением, получаемым на горизонтальной к поверхности Земли приёмной площадке, и немного превышать оптимальный вариант пространственного размещения модулей (6,0 %).
Если развернуть модули с угла наклона ограждающей конструкции относительно горизонта (в = 17°) до оптимального угла при юго-восточной и юго-западной ориентации (Ропт = 35°), то суммарно за сутки выработка электрической энергии уменьшится на 4,5 %, так как летом эффективней утилизирует модуль солнечную энергию с меньшими углами наклона относительно горизонта.
22 :
t,4
1613 :
ю :
7 : 4 :
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0,5
о.е.
AW3 ■ AW2 ■ AW1
а) б)
Рисунок 4 -Отклонения расчетной (а) и реальной (б) выработки электрической энергии модулями от генерации тем же модулями различных вариантов пространственной
ориентации для 22 июня (n = 174)
Figure 4 - Deviations of the calculated (a) and actual (b) electrical energy generation by modules from the generation by the same modules of various options for spatial orientation for June, 22 (n = 174)
-0,6 -0,4 -0,2 ■ ДW3 ■ AW2 ■ AWl
o.e.
а) б)
Рисунок 5 - Отклонения расчетной (а) и реальной (б) выработки электрической энергии модулями от генерации тем же модулями различных вариантов пространственной ориентации для 22 декабря (n = 356)
Figure 5 - Deviations of the calculated (a) and actual (b) electrical energy generation by modules from the generation by the same modules of various options for spatial orientation for December, 22
(n = 356) 462
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В весенний и осенний день с 800 до 1000, из-за того что большая часть модулей развернута на юго-восток, суммарная выработка станции превышает генерацию оптимально ориентированных модулей на 11,7-12,3 %. В остальное же время суток потеря мощности составляет 4,4-15,8 % 1100 до 1600 и достигает 24,9-27,4 % на закате. При этом если сравнить эти же значения генерации с функционированием горизонтального модуля, то следует отметить, что модули утилизируют значительную часть ресурса солнечной энергии района, а именно на 16,3-34,7 % с 7 до 1300 и 0,2-15,3 % с 1400 до 1700 больше, чем величина на горизонтальной к поверхности Земли приёмной площадке. При этом за сутки преобразуется на 9,8-11,6% больше потока солнечной энергии при горизонтальной ориентации к поверхности Земли и на 12,3-14,4 % меньше от максимального потока за этот же период. Если же угол наклона модулей увеличить с 17° до 35° относительно горизонта, то суточная выработка электрической энергии возрастет на 4,4-5,6 %.
В зимний день (п = 356) размещение модулей под углами согласно пространственной ориентации ограждающих конструкций здания приводит к существенному снижению генерации энергии по сравнению с оптимальным вариантом их ориентации (65,4%), горизонтальным размещением (36,3%) и оптимальной ориентации для заданной ориентации по сторонам света (58,2%), так как Солнце движется низко над горизонтом и угол наклона 17° относительно горизонта существенно ниже рекомендованных значений для зимнего времени года.
Реальные значения выработки электрической энергии за рассматриваемый период 2017-2020 гг. в течение суток наиболее отличаются от прогнозируемых значений в летний день, что связано с различной активностью Солнца и прозрачностью атмосферы за период наблюдения (2013-2015 гг.). Для всех остальных характерных дней форма ожидаемого отклонения генерации электрической энергии примерно совпадает с реальными значениями.
На рисунке 6 показаны отклонения смоделированных значений помесячной выработки электрической энергии фотоэлектрическими модулями установленной конфигурации рассматриваемой станции от генерации, получаемой тем же количеством модулей только других вариантов пространственной ориентации.
Рисунок 6 - Отклонения помесячной выработки электрической энергии модулями от генерации тем же модулями различных вариантов пространственной ориентации
Figure 6 - Deviations of the monthly electrical energy generation by modules from the generation by the same modules of various options for spatial orientation
Если проанализировать выработку электрической энергии по месяцам (рисунок 6), то видно, что существующая компоновка фотоэлектрической станции не дает возможности в полной мере утилизировать весь поток приходящего солнечного излучения. Снижение уровня генерации по сравнению с максимально возможным значением составляет 15,4-28,0% с апреля по октябрь и 31,1-45,5% в остальные месяца. А ресурс
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
солнечной энергии по сравнению с горизонтальным размещением к поверхности Земли также реализуется не в полном объёме: на 16,6-21,21% ниже с апреля по ноябрь и 24,034,4% - в остальное время года. При этом за год выработка электрической энергии модулями рассматриваемой электрической станции ниже на 21,5%, чем горизонтальными модулями, 21,2% - чем оптимально размещенными при ориентации на юго-восток и юго-запад и 25,9% - чем оптимально размещенными.
Выводы. Сделан подробный анализ уровня утилизации ресурса солнечной энергии на примере действующей крышной фотоэлектрической станцией. Крышная фотоэлектрическая станция для электроснабжения объекта досуга и торговли (Волгоградская область) оборудована модулями юго-восточной и юго-западной ориентации с углом наклона 17° относительно горизонта. Существующая компоновка фотоэлектрической системы не дает возможности в полной мере утилизировать весь поток приходящего солнечного излучения: за год выработка электрической энергии модулями рассматриваемой электрической станции ниже на 21,5 %, чем горизонтальными к поверхности Земли модулями, 21,2 % - чем оптимально размещенными при ориентации на юго-восток и юго-запад и 25,9 % - чем оптимально размещенными.
Библиографический список
1. Даус Ю. В., Харченко В. В., Свентицкий И. И. Оценка данных из различных источников актинометрической информации об интенсивности суммарного солнечного излучения // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 1(26). С. 98-103.
2. Ресурсный потенциал солнечной энергии для установок, использующих ее в системе энергоснабжения потребителей Г. Волжского / Ю. В. Даус [и др.] // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 129. С. 297-307.
3. A review of the solar city concept and methods to assess rooftop solar electric potential, with an illustrative application to the city of Seoul / J. Byrne [et al.] // Renew Sustain Energy Rev. 2015. Vol. 41. P. 830-844.
4. Ackermann T., Andersson G., Soder L. Distributed generation: a definition // Electric Power Syst Res. 2001. Vol. 57. P. 195-204.
5. Asif M. Urban scale application of solar PV to improve sustainability in the building and the energy sectors of KSA // Sustainability. 2016. Vol. 8. No 11. P. 112-124.
6. Gautam B. R., Li F., Ru G. Assessment of urban roof top solar photovoltaic potential to solve power shortage problem in Nepal // Energy and Buildings. 2015. Vol. 86. P. 735-744.
7. James G., Peng W., Deng K. Managing household wind-energy generation // IEEE In-tellSyst. 2008. Vol. 23. No 5. P. 9-12.
8. Optimizing rooftop photovoltaic distributed generation with battery storagefor peer-to-peer energy trading / S. Nguyen [et al.] // Applied Energy. 2018. Vol. 228. P. 2567-2580.
9. Suomalainen K., Wang V., Sharp B. Rooftop solar potential based on LiDAR data: Bottom-up assessment at neighbourhood level // Renew Energy. 2017. Vol. 111. P. 463-467.
10. Wang Y., Wang D., Liu Y. Study on Comprehensive Energy-saving of Shading and Pho-tovoltaics of Roof Added PV Module // Energy Procedia. 2017. Vol. 132. P. 598-603.
Информация об авторах Даус Юлия Владимировна, инженер отдела НИОКР, интеллектуальной собственности и трансфера технологий, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (РФ, 196605, г. Санкт-Петербург, Петербургское ш., д. 2), кандидат технических наук, тел. 8 (812) 476-2333, e-mail: zirochka2505@gmail.com.
Харченко Валерий Владимирович, главный научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (РФ, 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), доктор технических наук, профессор, тел. 8 (499) 171-19-33 , e-mail: kharval@mail.ru.
Юдаев Игорь Викторович, декан электроэнергетического факультета, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (РФ, 196605, г. Санкт-Петербург, Петербургское ш., д. 2), доктор технических наук, профессор, тел. 8 (812) 476-23-33, e-mail: etsh1965@mail.ru.
