Моделирование солнечной электростанции с учётом изменения параметров окружающей среды

Дмитрий Николаевич Карамов; Игорь Владимирович Наумов

doi:10.34831/EP.2020.1067.6.004

Моделирование солнечной электростанции с учётом изменения параметров окружающей среды

Дмитрий Николаевич Карамов, Игорь Владимирович Наумов

Аннотация

Подробно описан подход для моделирования режимных параметров фотоэлектрических преобразователей с учётом изменения природно-климатических условий. Представлен обзор часто используемых подходов при моделировании фотоэлектрических преобразователей в задачах оптимизации состава оборудования. На основании базовых положений системных энергетических исследований был сформирован ряд требований к предлагаемому подходу. Описан алгоритм расчёта режимных параметров фотоэлектрических преобразователей таких, как выходные ток, напряжение, активная мощность, КПД и рабочая температура. При расчёте рабочей температуры преобразователя используются корреляционные коэффициенты Koehl, позволяющие учесть дополнительное охлаждение за счёт ветрового потока на поверхности земли. Также в работе представлены численные значения необходимых для моделирования коэффициентов.

В качестве примера был выбран посёлок Иннялы (Республика Якутия, Ленский район), в котором до 2022 г. планируется строительство солнечной электростанции мощностью 40 кВт. Для рассматриваемой территории выполнено формирование массива данных типичного метеорологического года с использованием программно-вычислительного комплекса «Локальный анализ параметров окружающей среды и солнечной радиации», разработанного в ИСЭМ СО РАН. При формировании типичного метеорологического года использовались ретроспективные природно-климатические данные формата FM_12 Synop с ближайшей метеостанции.

Результаты моделирования показали адекватность предлагаемого подхода. Например, при изменении уровня солнечной радиации существенно изменяются выходные ток и активная мощность, в то время как напряжение практически не меняется. При этом уменьшение рабочей температуры фотоэлектрического преобразователя увеличивает КПД и напряжение соответственно. Характер смоделированных режимных параметров совпадает с реальными данными, полученными Австралийским центром солнечной энергии на электростанции в г. Алис-Спрингс. Предложенный подход может использоваться в задачах оптимизации состава оборудования, балансовой надёжности, расчёта экономической эффективности и других системных энергетических исследованиях.

Ключевые слова

возобновляемые источники энергии, солнечные панели, режимные параметры, эффективность, солнечная радиация, параметры окружающей среды, сетевые инверторы.

Полный текст:

PDF

Литература

Bernal-Agustin, J.L. Design of isolated hybrid systems minimizing costs and pollutant emissions [Text] / J.L. Bernal-Agustin, R. Dufo-López, D.M. Rivas-Ascaso // Renewable Energy. -- 2006. -- Vol. 31. -- P. 2227 -- 2244.

Cristóbal-Monreal, I.R. Optimisation of photovoltaic-diesel-battery stand-alone systems minimising system weight [Text] / I.R. Cristóbal-Monreal, Dufo-López R. // Energy Conversion and Management. -- 2014. -- Vol. 29. -- P. 151 -- 157.

Dufo-López, R. Optimisation of size and control of grid-connected storage under real time electricity pricing conditions [Text] / R. Dufo- López // Applied Energy. -- 2015. -- Vol. 140. -- P. 395 -- 408.

Branker, K. A review of solar photovoltaic levelized cost of electricity [Text] / K. Branker, M.J.M. Pathak, J.M. Pearce // Renewable and Sustainable Energy Reviews. -- 2011. -- Vol. 15. -- P. 4470 -- 4482.

Пержабинский, C.М. Оценка надежности электроэнергетических систем с ветровыми электростанциями и накопителями энергии [Текст] / C.М/ Пержабинский, Д.Н. Карамов // Известия Российской академии наук. Энергетика. -- 2018. -- № 5. -- С. 15 -- 25.

Friedemann, Polzin. What encourages local authorities to engage with energy performance contracting for retrofitting? Evidence from German municipalities [Text] / Polzin Friedemann, Paschen von Flotow, Colin Nolden // Energy Policy. -- 2017. -- Vol. 94. -- P. 317 -- 330.

Lujano-Rojas, J.M. Technical and economic effects of charge controller operation and coulombic efficiency on stand-alone hybrid power systems [Text] / J.M. Lujano-Rojas, R. Dufo-López, J.L. Bernal-Agustín // Energy Conversion and Management. -- 2014. -- Vol. 86. -- P. 709 -- 716.

Dufo-López, R. Comparison of different lead–acid battery lifetime prediction models for use in simulation of stand-alone photovoltaic systems [Text] / R. Dufo-López, J.M. Lujano-Rojas, J.L. Bernal-Agustín // Applied Energy. -- 2014. -- Vol. 115. -- P. 242 -- 253.

Notton, G. Hybrid photovoltaic/wind energy systems for remote locations [Text] / G. Notton, S. Diaf, L. Stoyanov // Energy Procedia. -- 2011. -- Vol. 6. -- P. 666 -- 677.

Saba, D. Optimization of a Multi-Source System with Renewable Energy Based on Ontology [Text] / D. Saba, F.Z. Laallam, A.E. Hadidi, B. Berbaoui // Energy Procedia. -- 2015. -- Vol. 74. -- P. 608 -- 615.

Habbati Bellia. A detailed modeling of photovoltaic module using MATLAB [Text] / Habbati Bellia, Ramdani Youcef, Moulay Fatima // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. -- 2014. -- Vol. 3. -- P. 53 -- 61.

Krismadinata. Photovoltaic module modeling using simulink/Matlab [Text] / Krismadinata, Nasrudin Abd. Rahim, Hew Wooi Ping, Jeyraj Selvara // Procedia Environmental Sciences. -- 2013. -- Vol. 17. -- P. 537 -- 546.

Lijun Qin. Matlab/Simulink-Based Research on Maximum Power Point Tracking of Photovoltaic Generation [Text] / Lijun Qin, Xiao Lu // Physics Procedia. -- 2012. -- Vol. 24. -- P. 10 -- 18.

Jones, A.D. A thermal model for photovoltaic systems [Text] / A.D. Jones, C.P. Underwood // Solar energy. -- 2001. -- Vol. 70. -- P. 349 -- 359.

Обухов, С.Г. Имитационная модель режимов работы автономной фотоэлектрической станции с учетом реальных условий эксплуатации [Текст] / С.Г. Обухов, И.А. Плотников // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -- 2017. -- Т. 328. -- № 6. -- С. 38 -- 51.

Раушенбах, Г. Справочник по проектированию солнечных батарей [Текст]: пер. с англ. -- М.: Энергоатомиздат, 1983. -- 360 с.

Nogueira, C.E.C. Sizing and simulation of a photovoltaic-wind energy system using batteries, applied for a small rural property located in the south of Brazil [Text] / C.E.C. Nogueira, M.L. Vidotto, R.K. Niedzialkoski, S.N.M. De Souza, L.I. Chaves, T. Edwiges, D.B. Dos Santos, I. Werncke // Renewable and Sustainable Energy Reviews. -- 2014. -- Vol. 29. -- P. 151 -- 157.

Pradeep, K.K. Alternative energy facilities based on site matching and generation unit sizing for remote area power supply [Text] / K.K. Pradeep, K.K. Mohan // Renewable Energy. – 2007. -- Vol. 32. -- P. 1346 -- 1362.

Schwingshackl, C. Wind effect on PV module temperature: Analysis of different techniques for an accurate estimation [Text] / C. Schwingshackl, M. Petitta, J.E. Wagner, G. Belluardo, D. Moser, M. Castelli, M. Zebisch, A. Tetzlaff // Energy Procedia. -- 2013. -- Vol. 40. -- P. 77 -- 86.

Koehl, M. Modeling of the nominal operating cell temperature based on outdoor weathering [Text] / M. Koehl, M. Heck, S. Wiesmeier, J. Wirth // Solar Energy Materials & Solar Cells. -- 2011. -- Vol. 95. -- P. 1638 -- 1646.

Карамов, Д.Н. Математическое моделирование солнечной радиации с использованием многолетних метеорологических рядов находящихся в открытом доступе [Текст] / Д.Н. Карамов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -- 2017. -- Т. 328. -- № 6. -- С. 28 -- 38.

Карамов, Д.Н. Формирование исходных метеорологических массивов с использованием многолетних рядов FM 12 Synop и METAR в системных энергетических исследованиях [Текст] / Д.Н. Карамов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -- 2018. -- Т. 329. -- № 1. -- С. 69 -- 88.

Sayeef, S. Solar intermittency: Australia’s clean energy challenge Characterising the effect of high penetration solar intermittency on Australian electricity networks / S. Sayeef, S. Heslop, D. Cornforth, T. Moore, S. Percy, J.K. Ward, A. Berry, D. Rowe. -- CSIRO publishing, 2012. -- 198 p.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2020.1067.6.004