Оценка энергоэффективности солнечных электростанций на территории Арктики

Н. П. Местников; В. З. Манусов

Оценка энергоэффективности солнечных электростанций на территории Арктики

Н. П. Местников, В. З. Манусов

Аннотация

Проведено исследование и дана оценка показателей энергоэффективности солнечных электростанций (СЭС) в условиях комплексного влияния низких температур воздуха и альбедо снега в г. Анадырь в весенний период. Объектом исследования является СЭС с поликристаллическим фотоэлектрическим модулем (ФЭМ), где применена регистрация данных с интервалом 30 мин. при условии ориентирования ФЭМ по нормали к Солнцу. Регистрация данных осуществлялась на базе многоканального логгера, прецизионных термометров и пиранометра. Обработка данных выполнена с применением методов математической статистики. Верифицирован эффект температурного форсирования ФЭМ, выраженный в росте фактического КПД до 18,4 % (при паспортном 15,5 % с охлаждением до –27 °C). Установлена нелинейная динамика коэффициента альбедо в течение суток: по мере снижения высоты Солнца значения возрастают в пределах 0,80 – 0,94, что определяет ключевую роль отраженной инсоляции (до 48,4 %) в общий энергобаланс ФЭМ СЭС при углах высоты менее 10°. Фактическая мощность исследуемой ФЭМ в арктических условиях превышала паспортную на 17,2 %. Сформирована база данных по температурному градиенту и удельной мощности ФЭМ для условий Чукотского АО. Расширенная неопределенность ключевых параметров составила 4,1 – 5,0 %. Результаты работы позволяют оптимизировать выбор установленной мощности СЭС для автономных гибридных энергокомплексов (АГЭК) с учетом прироста производительности ФЭМ.

Ключевые слова

фотоэлектрический модуль, солнечная электростанция, высота Солнца, альбедо, низкие температуры, Арктика

Полный текст:

PDF

Литература

Шавина, Е. В. Потенциал развития арктических регионов России / Е. В. Шавина, В. А. Прокофьев // Геоэкономика энергетики. — 2020. — Т. 10, № 2. — С. 96 – 116.

Змиева, К. А. Интеграция зеленой и возобновляемой энергетики в интеллектуальную энергетическую систему арктических территорий посредством технологий блокчейна / К. А. Змиева // Российская Арктика. — 2021. — № 4(15). — С. 81 – 91.

Попель, О. С. Анализ энергетической эффективности использования ветроэнергетических ресурсов в России, включая Арктику / О. С. Попель, С. Е. Фрид, Н. В. Лисицкая и др. // Арктика: экология и экономика. — 2025. — Т. 15, № 3(59). — С. 103 – 115.

Граблин, А. М. Топливно-энергетический баланс Чукотки за 2020 г. / А. М. Граблин, В. Е. Захаров // XXIV Лаврентьевские чтения, посвященные 100-летию образования ЯАССР: Материалы научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Якутск, 25 – 28 апреля 2022 года / Редколлегия: И. Е. Егоров, Н. П. Лазарев. — Якутск: СВФУ им. М. К. Аммосова, 2022. — С. 15 – 20.

Фрид, С. Е. Анализ перспективных для строительства солнечных электростанций районов России с учетом ресурса солнечной энергии и нестабильности ее поступления / С. Е. Фрид, Н. В. Лисицкая, О. С. Попель, С. П. Филиппов // Вестник ОИВТ. — 2024. — Т. 15, № 3. — С. 34 – 39.

Cotfas, D. T. Methods to determine the dc parameters of solar cells: A critical review / D. T. Cotfas, P. A. Cotfas, S. Kaplanis // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2013. — Vol. 28. — рр. 588 – 596.

Wang, Zh. Power-to-Hydrogen-to-Power as a pathway for wind and solar renewable energy utilization in China: Opportunities and challenges / Zh. Wang, X. Liu, Wu. Gu, et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2026. — Vol. 226. — P. 116195.

Местников, Н. П. Разработка системы математического моделирования работы объектов солнечной энергетики в условиях Севера / Н. П. Местников, Н. С. Бурянина, П. Ф. Васильев // Грозненский естественнонаучный бюллетень. — 2021. — Т. 6, № 2(24). — С. 81 – 85.

Альзаккар, А. М-Н. Исследование применения накопителей энергии по обеспечению бесперебойного электроснабжения потребителей / А. М. Н. Альзаккар, Н. П. Местников, И. М. Валеев // Грозненский естественнонаучный бюллетень. — 2022. — Т. 7, № 1(27). — С. 79 – 89.

Chen, Sh. Sub-synchronous oscillations in power systems with high renewable integration: Analytical models, mitigation strategies, and emerging challenges / Sh. Chen, G. Zhang, S. S. Yu [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2026. — Vol. 226. — P. 116322.

Carlsen, T. Parameterizing anisotropic reflectance of snow surfaces from airborne digital camera observations in Antarctica / T. Carlsen, A. Ehrlich, E. Jäkel [et al.] // Cryosphere. — 2020. — Vol. 14, No. 11. — P. 3959 – 3978.

Bourgeois, C. S. A field study of the hemispherical directional reflectance factor and spectral albedo of dry snow / C. S. Bourgeois, P. Calanca, & A. Ohmura // J. Geophys. Res., 111, D20108, 2006b.

Skoplaki, E. Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of pertinent correlations / E. Skoplaki and J. A. Palyvos // Renewable Energy. –2009 34(1). — pp. 23 – 29.

Palyvos, J. A. A survey of wind convection coefficient correlations for building envelope energy systems’ modeling’ / J. A. Palyvos // Applied Thermal Engineering. — 2008. 28(8 – 9). — pp. 801 – 808.

Mei, L. Thermal modeling of a building with an integrated ventilated PV façade / L. Mei, D. Infield, U. Eicker and V. Fux // Energy and Buildings. — 2003. — 35(6). — pp. 605 – 617.