Состояние и перспективы развития фотоэлектрических станций с системами слежения за солнцем

Состояние и перспективы развития фотоэлектрических станций с системами слежения за солнцем

Автор: Митрофанов С.В., Байкасенов Д.К.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Электроэнергетика

Статья в выпуске: 3 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

Преобразование солнечной энергии в электрическую является одним из решений для повышения надежности электроснабжения удаленных потребителей. Объем генерируемой электроэнергии фотоэлектрическими станциями зависит от их географического месторасположения, температуры окружающей среды, погодных условий, материала фотоэлектрических модулей, а также от угла падения солнечного потока и ориентации фотоэлектрических модулей. В статье рассмотрены способы повышения надежности электроснабжения потребителей электроэнергии фотоэлектрических станций, проанализированы существующие принципы и механизмы, определяющие оптимальное положение фотоэлектрических модулей. Обосновано, что наилучшим способом повышения энергоэффективности работы фотоэлектрических станций является применение автоматизированных систем слежения за Солнцем. Проанализирована научно-техническая литература по проектированию, эксплуатации и моделированию следящих систем фотоэлектрических станций с активным управлением. Рассмотрены существующие классификации систем слежения за Солнцем. Определены основные направления совершенствования и развития следящих систем для фотоэлектрических станций, которые позволят исследователям решать актуальные задачи возобновляемой энергетики.

Еще

Солнечные трекеры, системы слежения за солнцем, фотоэлектрические станции, возобновляемые источники энергии, обзор солнечных трекеров

Короткий адрес: https://sciup.org/147241850

IDR: 147241850   |   DOI: 10.14529/power230302

Список литературы Состояние и перспективы развития фотоэлектрических станций с системами слежения за солнцем

  • Renewable Energy Statistics 2022. URL: https://www.irena.org/publications/ 2022/Jul/Renewable-Energy-Statistics-2022 (дата обращения: 20.02.2023).
  • Отчет о функционировании ЕЭС России. URL: https://www.so-ups.ru/functioning (дата обращения: 20.02.2023).
  • Decomposition based multiobjective evolutionary algorithm for PV/Wind/Diesel Hybrid Microgrid System design considering load uncertainty / H.R.E.-H. Bouchekara, M.S. Javaid, Y.A. Shaaban et al. // Energy Reports. 2021. Vol. 7. P. 52–69. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.11.102
  • Eriksson E.L.V., Gray E.M. Optimization of renewable hybrid energy systems – A multi-objective approach // Renewable Energy. 2019. Vol. 133. P. 971–999. DOI: 10.1016/j.renene.2018.10.053
  • Эффективность солнечных электростанций на примере условий Республики Башкортостан / Р.А. Молчанова, И.В. Новоселов, Э.А. Абдуллина и др. // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 4. С. 25–32. DOI: 10.18635/2071-2219-2019-4-25-32
  • Кувшинов В.В., Бекиров Э.А., Гусева Е.В. Использование фотоэлектрических модулей с двухсторонней приёмной поверхностью для установок малой генерации // Строительство и техногенная безопасность. 2021. № 20 (72). С. 93–100. DOI: 10.37279/2413-1873-2021-20-93-100
  • Formulation and Data-Driven Optimization for Maximizing the Photovoltaic Power with Tilt Angle Adjustment / W. Ye, M.S. Herdem, J.Z. Li. et al. // Energies. 2022. Vol. 15, no. 22. P. 1–20. DOI: 10.3390/en15228578
  • Optimization and performance of bifacial solar modules: A global perspective / X. Sun, M.R. Khan, C. Deline et al. // Applied Energy. 2018. Vol. 212. P. 1601–1610. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.12.041
  • Nageh M., Abdullah M.P., Yousef B. Energy Gain between Automatic and Manual Solar Tracking Strategies in Large Scale Solar Photovoltaic System – 12 Cities Comparison // 2021 IEEE International Conference in Power Engineering Application (ICPEA). Malaysia: IEEE. 2021. P. 121–126. DOI: 10.1109/ICPEA51500.2021.9417856
  • ГОСТ Р 57229–2016 (МЭК 62817:2014). Системы фотоэлектрические. Устройства слежения за Солнцем. Технические условия. Введ. 2017-09-01. М.: Стандартинформ, 2017. 67 с.
  • Loschi H., Iano Y., León J. et al. A Review on Photovoltaic Systems: Mechanisms and Methods for Irradiation Tracking and Prediction // Smart Grid Renewable Energy. 2015. Vol. 6. P. 187–208. DOI: 10.4236/sgre.2015.67017
  • Fuentes-Morales R.F., Díaz-Ponce A., Peña-Cruz M.I. Control algorithms applied to active solar tracking systems: A review // Solar Energy. 2020. Vol. 212. P. 203–219. DOI: 10.1016/j.solener.2020.10.071
  • A Review on Solar Tracking System: A Technique of Solar Power Output Enhancement / J. Ya’u Muhammad, M. Jimoh, I. Baba Kyari et al. // Engineering Science. 2019. Vol. 4, no. 1. P. 1–11. DOI: 10.11648/j.es.20190401.11
  • Evaluation of control strategies applied in small-scale photovoltaic solar tracking systems: a review / B.E. Tarazona-Romero, E.J. Plata-Pineda, C.L. Sandoval-Rodriguez et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 1253, no. 1. P. 1–17. DOI: 10.1088/1757-899X/1253/1/012017
  • Review on sun tracking technology in solar PV system / A. Awasthi, A.K. Shukla, S.R. Murali Manohar et al. // Energy Reports. 2020. Vol. 6. P. 392–405. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.02.004
  • Technologies of solar tracking systems: A review / A.R. Amelia, Y.M. Irwan, I. Safwati et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2020. Vol. 767, no. 1. P. 1–10. DOI: 10.1088/1757-899X/767/1/012052
  • Овсянников Е.М. Особенности следящих электроприводов гелиоустановок // Труды Московского энергетического института. 1979. Т. 400. С. 79–85.
  • Овсянников Е.М. Электропривод энергетической гелиоустановки // Привод и управление. 2000. № 2. С. 4–9.
  • Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б. Повышение основных технико-экономических показателей электроприводов гелиоустановок // Материалы 49-й международной научно-технической конференции ААИ«Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных кадров» Международного научного симпозиума, посвященного 140-летию МГТУ «МАМИ». Часть 3. 2005. С. 57–58.
  • Терехов В.М., Овсянников Е.М., Цаценкин В.К. Малоредукторный следящий электропривод для систем наведения // Труды Московского энергетического института. 2000. Т. 976. С. 46–58.
  • Сорокин Г.А. Потери энергии в электроприводе гелиоустановок // Вестник МЭИ. 2004. № 5. С. 45–47.
  • Турдзеладзе Д.А. Анализ динамических режимов следящих электроприводов гелиоустановок с учетом нелинейности момента сопротивления // Научные труды Грузинского политехнического института. 1987. № 3 (315). С. 107–110.
  • Аббасов Э.М., Аббасова Т.С. Исследование структуры и условий работы следящих электроприводов гелиоустановок // Промышленная энергетика. 2011. № 1. С. 45–49.
  • Аржанов К.В., Аржанова А.В. Двухкоординатный следяще-позиционный электропривод для фотоэлектрических установок // Труды XVII Международной конференции «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические материалы и Компоненты». 2018. С. 195–197.
  • Сологубов А.Ю., Кирпичникова И.М. Совокупность решений в области повышения эффективности электротехнических комплексов слежения за солнцем // Наука ЮУрГУ: материалы 72-й научной конференции. Секции технических наук. 2020. С. 391–399.
  • Солнечный трекер с системой самораскрытия / Г.Н. Рявкин, Е.В. Соломин, К. Мадемлис и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2021. Т. 21, № 1. С. 82–89. DOI: 10.14529/power210109
  • A Low-Cost Closed-Loop Solar Tracking System Based on the Sun Position Algorithm / M.E.H. Chowdhury, A. Khandakar, B. Hossain et al. // Journal of Sensors. 2019. Vol. 2019. P. 1–11. DOI: 10.1155/2019/3681031
  • Mohamed Redha Rezoug R.C. The Optimal Angles of a Dual-Axis Tracking System by Pre-Programmed Method Using a Microcontroller. Zenodo. 2018. P. 710–726. DOI: 10.5281/zenodo.1207029
  • Global Techno-Economic Performance of Bifacial and Tracking Photovoltaic Systems / C.D. Rodríguez-Gallegos, H. Liu, O. Gandhi et al. // Joule. 2020. Vol. 4, no. 7. P. 1514–1541. DOI: 10.1016/j.joule.2020.05.005
  • Large-Scale Bifacial PV Test Field Performance Compared to Simulations Using Commercially Available Software, Research-Based and Open Source Tools / N. Riedel-Lyngskær, D. Berrian, D. Alvarez Mira et al. // Proceedings of 37th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 2020. P. 1324–1329. DOI: 10.4229/EUPVSEC20202020-5CO.10.4
  • Global analysis of next-generation utility-scale PV: Tracking bifacial solar farms / M.T. Patel, M.S. Ahmed, H. Imran et al. // Applied Energy. 2021. Vol. 290. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.116478
  • The Solar Flower You Need to Experience. URL: https://smartflower.com (дата обращения: 20.02.2023).
  • Design and Analysis of Solar Smartflower Simulation by Solidwork Program / T. Mulyana, D. Sebayang, F. Fajrina et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 343. P. 1–8. DOI: 10.1088/1757-899X/343/1/012019
  • Трекер UST-AADAT. URL: http://ust.su/solar/catalog/trackers/3114/ (дата обращения: 05.05.2023).
  • Солнечный трекер «АD-5000» (система слежения за Солнцем). URL: https://www.alene.ru/products/19879295 (дата обращения: 05.05.2023).
  • Dual-Axis Solar Tracker for 15 panels. URL: https://sat-control.net/15-panel-dual/ (дата обращения: 05.05.2023).
  • Optimized Single-Axis Schedule Solar Tracker in Different Weather Conditions / N. Kuttybay, A. Saymbetov, S. Mekhilef et al. // Energies. 2020. Vol. 13, no. 19. P. 1–18. DOI: 10.3390/en13195226
  • Обухов С.Г., Плотников И.А. Выбор параметров и анализ эффективности применения систем слежения за Солнцем // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 10. С. 95–106. DOI: 10.18799/24131830/2018/10/2109
  • Ikhwan M., Mardlijah M., Imron C. Model predictive control on dual axis solar tracker using Matlab/Simulink simulation // 2018 International Conference on Information and Communications Technology (ICOIACT). Yogyakarta: IEEE, 2018. P. 784–788. DOI: 10.1109/ICOIACT.2018.8350791
  • A feasibility study of the 1.5-axis tracking model in utility-scale solar PV plants / J. Wong, F. Bai, T.K. Saha et al. // Solar Energy. 2021. Vol. 216. P. 171–179. DOI: 10.1016/j.solener.2020.12.035
  • Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Автоматизированная система управления небольшой солнечной электростанцией // Auditorium. 2017. № 3 (15). С. 113–118.
  • Егоров В.А., Дадашова Ф.И. Система слежения за Солнцем для фотоэлектрической энергоустановки // Научно-технический вестник Поволжья. 2022. № 5. С. 113–116.
  • Оценка энергетического потенциала солнечной радиации региона с применением солнечного трекера / В.З. Манусов, Д.С. Ахьёев, М.Х. Назаров и др. // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2020. № 1 (78). С. 189–203. DOI: 10.17212/1814-1196-2020-1-189-203
  • Горелова А. Ю., Камакшин Е.Е. Система автоматического слежения за Солнцем // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2023. № 1 (272). С. 49–53. DOI: 10.35211/1990-5297-2023-1-272-49-53
  • A novel UV sensor-based dual-axis solar tracking system: Implementation and performance analysis / C. Jamroen, C. Fongkerd, W. Krongpha et al. // Applied Energy. 2021. Vol. 299. P. 1–17. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117295
  • Development of a machine vision dual-axis solar tracking system / M. Abdollahpour, M.R. Golzarian, A. Rohani et al. // Solar Energy. 2018. Vol. 169. P. 136–143. DOI: 10.1016/j.solener.2018.03.059
  • Open hardware/software test bench for solar tracker with virtual instrumentation. / S. Motahhir, A.E. Hammoumi, A.E. Ghzizal et al. // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2019. Vol. 31. P. 9–16. DOI: 10.1016/J.SETA.2018.11.003
  • Design for manufacture and assembly of an intelligent single axis solar tracking system / P. Munanga, S. Chinguwa, W.R. Nyemba et al. // Procedia CIRP. 2020. Vol. 91. P. 571–576. DOI: 10.1016/j.procir.2020.03.109
  • Jasim B., Taheri P. An Origami-Based Portable Solar Panel System // 2018 IEEE 9th Annual Information Technology, Electronics and Mobile Communication Conference (IEMCON). Vancouver, BC: IEEE, 2018. P. 199–203. DOI: 10.1109/IEMCON.2018.8614997
  • Design and Implementation of Three-Axis Solar Tracking System with High Efficiency / M.R. Haider, A. Shufian, M.N. Alam et al. // 2021 International Conference on Information and Communication Technology for Sustainable Development (ICICT4SD). Dhaka, Bangladesh: IEEE, 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/ICICT4SD50815.2021.9396779
  • Аржанов К.В. Повышение энергетической эффективности систем наведения солнечных батарей на Солнце // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научно-практической конференции. 2015. № 1-1. С. 225–229.
  • Системы слежения за Солнцем / М.В. Китаева, А.В. Юрченко, А.В. Скороходов, А.В. Охорзина // Вестник науки Сибири. 2012. № 3 (4). С. 61–67.
  • Митрофанов С.В., Немальцев А.Ю., Байкасенов Д.К. Первичная апробация автоматизированного двухкоординатного солнечного трекера в климатических условиях Оренбургской области как перспектива создания программно-аппаратного комплекса // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 7-9 (255-257). С. 43–54. DOI: 10.15518/isjaee.2018.07-09.043-054
  • Abhilash P., Kumar R.N., Kumar R.P. Solar powered water pump with single axis tracking system for irrigation purpose // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 39. P. 553–557. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.336
  • Залесский В.С., Кузнецов А.С., Матяш К.В. Разработка трекера для позиционирования солнечных панелей // Сетевой научный журнал ОрелГАУ. 2017. № 1 (8). С. 84–86.
  • Ильин В.Ю., Мочалов В.И. Солнечный трекер на платформе Arduino // Наука молодых: Сборник научных статей участников XI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2018. С. 185–187.
  • Марков А.М., Макеенко А.А., Маркелов М.О. Автоматизированный сервопривод солнечного трекера на базе микроконтроллера Arduino Nano // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Технические науки. 2018. № 8. С. 70–82.
  • Zhang J., Yin Z., Jin P. Error analysis and auto correction of hybrid solar tracking system using photo sensors and orientation algorithm // Energy. 2019. Vol. 182. P. 585–593. DOI: 10.1016/j.energy.2019.06.032
  • SOLPOS Calculator . URL: https://midcdmz.nrel.gov/solpos/solpos.html (дата обращения: 20.02.2023).
  • Mao K., Lin F., Ji I.R. Design of ARM-Based Solar Tracking System // 2018 37th Chinese Control Conference (CCC). 2018. P. 7394–7398. DOI: 10.23919/ChiCC.2018.8483773
  • Kang H., Hong T., Lee M. A new approach for developing a hybrid sun-tracking method of the intelligent photovoltaic blinds considering the weather condition using data mining technique // Energy and Buildings. 2020. Vol. 209. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109708
  • Toginho D.G., Archela A., de Melo L.F. Analysis of the Solar Tracking System for a Mobile Robot Prototype // IntechOpen. 2020. P. 1–13. DOI: 10.5772/intechopen.90436
  • Safan Y.M., Shaaban S., El-Sebah M.I.A. Hybrid control of a solar tracking system using SUI-PID controller // 2017 Sensors Networks Smart and Emerging Technologies (SENSET). Beirut: IEEE, 2017. P. 1–4. DOI:10.1109/SENSET.2017.8125035
  • Developing a dual axis photoelectric tracking module using a multi quadrant photoelectric device / M.I. Bharathi, V. Bhatt, V.V. Ravi Kumar et al. // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 1426–1439. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.07.095
  • Development and Accuracy Assessment of a High-Precision Dual-Axis Pre-Commercial Solar Tracker for Concentrating Photovoltaic Modules / M. Angulo-Calderón, I. Salgado-Tránsito, I. Trejo-Zúñiga et al. // Applied Science. 2022. Vol. 12. P. 2–21. DOI: 10.3390/app12052625
  • Сологубов А.Ю., Кирпичникова И.М. К вопросу о переходе координатных приводов систем слежения за Солнцем на новые типы электрических машин // Наука ЮУрГУ: материалы 70-й научной конференции. Секции технических наук. 2018. С. 496–503.
  • Laseinde T., Ramere D. Low-cost automatic multi-axis solar tracking system for performance improvement in vertical support solar panels using Arduino board // International Journal of Low-Carbon Technologies. Vol. 14, no. 1. 2019. P. 76–82. DOI: 10.1093/ijlct/cty058
  • A Review of Time-Based Solar Photovoltaic Tracking Systems / A. Musa, E. Alozie, S.A. Suleiman et al. // Information. 2023. Vol. 14, no. 4. P. 1–32. DOI: 10.3390/info14040211
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp