Повышение энергоэффективности солнечных электростанций в арктической зоне России

Николай Петрович Местников; Вадим Зиновьевич Манусов

Повышение энергоэффективности солнечных электростанций в арктической зоне России

Николай Петрович Местников, Вадим Зиновьевич Манусов

Аннотация

Актуальность работы обоснована необходимостью повышения энергоэффективности объектов гелиоэнергетики в условиях изолированных энергетических систем Арктики. Методика работы базируется на натурных исследованиях, проведённых весной в г. Анадыре (Чукотка) на специализированном стенде при высотах размещения фотоэлектрических модулей 0 – 3,0 м. Проведены интерполяционные расчёты для современных типов фотоэлектрических модулей. В расчётах учтены температурные коэффициенты мощности и фактор двусторонних фотоэлектрических модулей, а также динамика сезонного изменения высоты рабочего зазора (расстояния) между модулем и снеговым покровом с учётом периодической очистки площадки для размещения модулей. Результаты исследования позволили определить точку экстремума теплового баланса модулей в условиях температурной инверсии. Предложенные рекомендации учитывают динамику снегоотложения и периодическую очистку площадки с модулями до 0,4 м, позволяя обеспечить проектирование фундаментов и минимизировать издержки на конструкции в условиях криолитозоны.

Ключевые слова

гелиоэнергетика, солнечная электростанция, фотоэлектрический модуль, альбедо, высота размещения, коэффициент полезного действия, температурный градиент, Арктика, Чукотка

Полный текст:

PDF

Литература

Попель, О. С. Перспективные технологии малой и возобновляемой энергетики для освоения и развития Арктической зоны Российской Федерации / О. С. Попель // Государственный аудит. Право. Экономика. – 2017. – № 1. – С. 44 – 52.

Арапов, М. А. Возобновляемые источники энергии: вклад в декарбонизацию энергетики России / М. А. Арапов, О. С. Попель, А. Б. Тарасенко, С. П. Филиппов // Теплоэнергетика. – 2024. – № 11. – С. 59 – 71. – DOI: 10.56304/ S0040363624700346.

Dai, Z. Thermally assisted energy barrier engineering for high-performance planar inverted perovskite solar cells processed with aqueous green solvents / Z. Dai, X. He, M. Li, H. Zhu, R. R. Kannan, C. Xu, J. You, H. Ma, N. Zheng, Q. Song // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – Vol. № 1035, Р. 181462. DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.181462.

Попель, О. С. Современные тенденции развития фотоэлектрической энергетики (обзор) / О. С. Попель, А. Б. Тарасенко // Теплоэнергетика. – 2021. – № 11. – С. 5 – 25. – DOI: 10.1134/S0040363621100039.

Обухов, С. Г. Эффективность фотоэлектрических систем в условиях Крайнего Севера / С. Г. Обухов, Б. В. Лукутин // Известия ТПУ. — 2020. — Т. 331.

Book, Н. Photovoltaic system modeling: a validation study at high latitudes with implementation of a novel DNI quality control method / H. Book, A. Poikonen, A. Aarva, T. Mielonen, M. R. A. Pitkanen, A. V Lindfors // Sol. Energy – 2020. – Vol.№ 204, Р. 316 – 329. https: // doi.org/10.1016/j.solener. 2020.04.068.

Сурков, М. А. Оценка целесообразности применения фотоэлектрических установок для электроснабжения удаленных потребителей в климатических условиях Севера Российской Федерации / М. А. Сурков, С. Г. Обухов, И. А. Плотников [и др.] // Интернет-журнал Науковедение. – 2016. – Т. 8, № 4 (35). – С. 88.

Stein, J. Bifacial photovoltaic modules and systems: experience and results from international research and pilot applications / J. Stein, C. Reise, J. B. Castro, G. Friesen, G. Maugeri, Е. Urrejola, S. Ranta // Tech. rep. SAND-2021-4835R; IEA-PVPS T13-14:2021, 2021. http: // dx.doi.org/10.2172/ 1779379.

Johnson, J. Experimental study and model development of bifacial photovoltaic power plants for Indian climatic zones. / J. Johnson, S. Manikandan // Energy. – 2023. – № 284 (128693). http: // dx.doi.org/10.1016/j.energy.2023.128693.

Фрид, С. Е. Анализ перспективных для строительства солнечных электростанций районов России с учётом ресурса солнечной энергии и нестабильности ее поступления / С. Е. Фрид, Н. В. Лисицкая, О. С. Попель, С. П. Филиппов // Вестник Объединенного института высоких температур. – 2024. – Т. 15, № 3. – С. 34 – 39. – DOI 33849/2024306.

Оgaard, M. B. Photovoltaic system monitoring for high latitude locations / M. B. Оgaard, H. N. Riise, H. Haug, S. Sartori, J. H. Selj // Sol Energy. – 2020 – № 207 Р. 1045 – 1054. http: // dx.doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.043.

Yunus Khan, T. M. Optimum location and influence of tilt angle on performance of solar PV panels / T. M. Yunus Khan, M. Em. Soudagar, M. Kanchan, A. Afzal, N. R. Banapurmath, N. Akram, S. D. Mane, K. Shahapurkar // Therm Anal Calorim. – 2020. – № 141 (1). http: // dx.doi.org/10.1007/ s10973-019-09089-5.

Hayibo, K. S. Monofacial vs bifacial solar photovoltaic systems in snowy environments / K. S. Hayibo, А. Petsiuk, Р. Mayville, L. Brown, J. M. Pearce // Renew Energy. – 2022. – № 193. http: // dx.doi.org / 10.1016/j.renene.2022.05.050.

Shekar, V. Experiences from seasonal Arctic solar photovoltaics (PV) generation- An empirical data analysis from a research infrastructure in Northern Finland / V. Shekar, A. Calo, E. Pongracz // Renew Energy. – 2023. – № 217 (119162). http: // dx.doi.org/10.1016/j.renene.2023.119162.

Viriyaroj, B. Performance of vertically mounted bifacial photovoltaics under the physical influence of low-rise residential environment in high-latitude locations / В. Viriyaroj, S. Jouttijarvi , M. Jankala, K. Miettunen // Front Built Environ. – 2024. № 10. http:// dx.doi.org/10.3389/fbuil. 2024.1343036.

Jouttijarvi __ , S. Benefits of bifacial solar cells combined with low voltage power grids at high latitudes / S. Jouttijarvi __ , G. Lobaccaro, A. Kamppinen, K. Miettunen // Renew Sustain Energy Rev. – 2022. – № 161 (112354). http: // dx.doi.org/ 10.1016/j.rser.2022.112354.

СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия: свод правил Российской Федерации / Минстрой России // введ. 03.12.2016.— М: Минстрой России, 2016. — 80 с.