Введение. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределенного производства энергии. Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения (G) через единичную горизонтальную площадку как минимум составляет 340 Вт/м² (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в широтах, ближе к Северному полярному кругу (66 ≥ θ ≥ 60), значение G в два раза меньше и составляет 170 Вт/м² [1].
Благодаря высокой солнечной радиации и растущей потребности для получения энергии, Судан собирается стать в будущем важным игроком в сфере производства солнечной электроэнергии. Его стратегический план развития солнечной энергетики находится в согласии с международной тенденцией, которая в условия роста спроса на энергию и проблем глобального потепления, делает возобновляемые источники энергии приоритетами, включая солнечную энергию.
Основной целью развития суданского солнечного плана является создание солнечных электростанций на основе экономичных и эффективных технологий, таких как плазмохимические осаждения различных слоев в составе тонкопленочных солнечных модулей (ТПСМ), например, на основе аморфного и нанокристаллического кремния (a-Si:H/nc-Si).
В 2013 году Судан начал реализацию проектов солнечной фотовольтаической энергетики, распределенных по четырем сельским местностям и с общей мощностью 20 МВт [2,3]. Согласно докладу Министерства энергетики и водных ресурсов, в соответствии со стратегическим планом развития солнечной энергетики, Судан собирается построить ряд солнечных электростанций для покрытия растущей потребности электроэнергии в пределах своих границ и инвестировать излишки на мировой рынок [3].
Известно, что эффективность работы солнечного модуля (СМ) зависит от широты местоположения и климатических условий. И в первую очередь определяется потоком солнечного излучения падающего на поверхность модуля и температурой окружающей среды.
Программа фотовольтаической географической информационной системы (PVGIS) является одной из лучших программ, предназначенных для оценки эффективности работы фотоэлектрических систем (ФЭС). Она создана европейским объединенным исследовательским центром и находится в интернете в открытом доступе. Достоинством программы PVGIS является долгосрочный опыт ее использования для мониторинга и тестирования различных СМ с учетом географического положения. Однако в этой программе не учитывается влияние температуры на эффективность работы ТПСМ, которые в последние годы получили широкое распространение.
Целью работы является исследование эффективности двухкаскадных ТПСМ на основе a-Si:H/nc-Si расположенных на широте Хартума и Санкт-Петербурга, с учетом влияния температуры.
Метод и объекты исследования. Для анализа работы ТПСМ на разных широтах, используется программа PVGIS, которая опирается на теоретические и экспериментальные исследования солнечного излучения с учетом влияния атмосферных условий в Европе, Африке и Юго-Западной Азии. Метод PVGIS объединяет геопространственные данные с лабораторными данными СМ для прогнозирования реальной производительности электроэнергии (в кВт час) солнечных электростанций в разных регионах.
При проектировании солнечных электростанций, обычно выбираются двухкаскадные СМ с высокой эффективностью на основе a-Si:H/nc-Si. Такие модули преобразуют солнечные излучения в более широком спектральном диапазоне и характеризуется эффективностью 11% при интенсивности излучения (1000 Вт/м2) соответствующей мировому стандарту измерения (спектр AM 1,5 G, и температура 25 ºС).
Эффективность преобразования солнечной энергии в электроэнергию с помощью СМ может быть задана как:
Заключение. Основные результаты работы сводятся к следующему:
— Достоверность расчетов по программе PVGIS повышается при учете потерь мощности ФЭС на основе а-Si:H/nc-Si, возникающих из-за изменения температуры СМ.
— βф составляет 18º для Хартума и 41º для Санкт-Петербурга.
— Высокая эффективность работы СМ на основе a-Si:H/nc-Si на территории Судана происходит за счет высокого и постоянного солнечного излучения в течение года. Благодаря этому Судан обеспечивает оптимальные условия для создания проектов, солнечных электростанций.
— Эффективность работы солнечной электростанции на основе двухкаскадных модулей a-Si:H/nc-Si на широте Хартума повышается на 7 % при оптимальной ежемесячной коррекции β, и на 31 % при установке устройства слежения за солнцем (трекера).
Список литературы
- Photovoltaic Geographical Information System. . European Commission. 2002 – 2013.
- About Renewable Energy in the Republic of the Sudan. . (Regional Center for Renewable Energy and Energy Efficiency “RCREEE” – Sudan – 2013).
- Energy Projects. . The Ministry of Water & Electricity – Sudan – 2013.
- Температура воздуха. www.pogodaiklimat.ru. Климат Хартума и Санкт-Петербурга, 2004-2013.
- Skoplaki, J.A. Palyvos. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance: A review of efficiency/power correlations. Solar Engineering Unit, School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens, 4 November 2008.
- Jafari Fesharaki, Majid Dehghani, J. Jafari Fesharaki. The Effect of Temperature on Photovoltaic Cell Efficiency. International Conference on Emerging Trends in Energy Conservation. Tehran, Iran, 20-21 November 2011.
- Kaneka – product. . Texas U.S.A.[schema type=»book» name=»СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ НА ШИРОТЕ ХАРТУМА И САНКТ-ПЕТЕРБУРГА» description=»В данной работе приведена оценка эффективности работы тонкопленочных солнечных модулей (ТПСМ) на основе аморфного и нанокристаллического кремния на широте Хартума (15,6º) и Санкт-Петербурга (59,9º) с использованием программы PVGIS. Для повышения точности программы PVGIS было предложено учитывать влияние изменения температуры солнечного модуля в разное время года на его эффективность. Проведенный анализ показал, что введение ежемесячной коррекции угла наклона солнечного модуля к горизонту позволит повысить эффективность его работы на 6% в Санкт-Петербурге и на 7% в Хартуме.» author=»Бадрелдин-Миргхани М. М., Афанасьев В. П.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-22″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]