Оптимизация угла наклона и расстояний между рядами фотоэлектрических модулей в условиях взаимного частичного затенения

ОПТИМИЗАЦИЯ УГЛА НАКЛОНА И РАССТОЯНИЙ
МЕЖДУ РЯДАМИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ
В УСЛОВИЯХ ВЗАИМНОГО ЧАСТИЧНОГО ЗАТЕНЕНИЯ

А.Ю. Гаевский, Д.А. Демин

НТУУ «Киевский политехнический институт»
Разработан метод оптимизации угла наклона фотоэлектрических панелей, который осно-вывается на анизотропной модели солнечной радиации и учитывает падение генерируемой мощности, вызванное взаимным затенением рядами панелей. Получены оптимальные соот-ношения между углами наклона и плотностью панелей на земельном участке, в которых ис-пользуются метеорологические радиационные данные для заданного региона и операционно-го периода фотоэлектрической станции (ФЭС). В качестве примера рассчитаны выработка на единицу площади панели и на единицу площади участка в Одесской области.


Конструкция ФЭС должна обеспечивать максимально возможное использование солнечной радиации, приходящей на место расположения станции. Количество генерируемой энергии за рабочий период зависит от многих факторов: временного профиля радиации, КПД панелей, угла наклона и азимутальной ориентации панелей, температуры и температурных характеристик фотоэлектрических ячеек, параметров инверторов и другого оборудования ФЭС, а также характера и профиля нагрузки.
В настоящей работе проанализирована зависимость выработки электроэнергии от угла наклона фотоэлектрических модулей (ФМ), который, как правило, устанавливается фиксированным, и важно, чтобы его величина отвечала максимуму выработки для заданного рабочего периода (в месяцах) и среднестатистическим радиационным условиям в данной местности. При оценке инсоляции на поверхность ФМ приходится учитывать затенение каждого ряда модулей, вызванное передним (в направлении на солнце) рядом. Проведенные в данной работе эксперименты показывают значительное влияние частичного затенения такого рода на мощность ФМ.

Эффект влияния степени затенения на выходную мощность системы ФМ является нелинейным: при относительно небольшой площади тени мощность убывает значительно быстрее увеличения степени затенения. Это можно понять на примере полного затенения ячейки модуля, когда вследствие наличия обводного диода генерируемый ток протекает в обход зашунтированных диодом ячеек, в последовательной цепочке которых находится затененная ячейка, а мощность модуля существенно снижается.

fs PV

Рис.1. Коэффициент падения мощности фотомодуля в зависимости от степени нижнего затенения при "портретной" ориентации модуля: точки - экспериментальные данные; сплошная кривая - аппроксимация полиномиальной экспоненциальной функцией.
opt beta inter array

Рис.2. Контурные графики средней дневной выработки (кВт.ч) в течение года в районе Одессы в расчете: а - на единицу площади панели (1 кв.м); б - на единицу площади земельного участка.

Если условием оптимизации является получение максимальной выработки с единицы площади земельного участка, на котором расположена ФЭС, то оптимальным при данной ориентации панелей в ряду («портретной») и данном типе затенения будет максимально полное заполнение участка с необходимыми технологическими проходами между рядами. 

На рис. 5 показано, как меняется среднесуточная выработка в 1 кв.м площади земельного участка в зависимости от плотности рядов при разных углах наклона. 

yield inter array
Рис. 5.

Источник: из статьи А. Гаевского, Д. Демина