Автоматическое позиционирование панели солнечных батарей и слежение за направлением максимального потока света

Проанализированы состояние и возможные пути развития альтернативной энергетики. Описаны перспективы развития солнечных электростанций, классификация и области применения. Выявлены проблемы, возникающие при монтаже и эксплуатации солнечных панелей, обозначены причины, уменьшающие эффективность их работы. Проведен анализ способов увеличения эффективности электрогенерации солнечными панелями. Предложено решение для увеличения электрогенерации солнечными панелями за счет их автоматического позиционирования по отслеживаемому максимальному потоку света. Приведено новое устройство позиционирования панелей солнечных батарей, отличающееся от известных возможностью автоматической развертки и принципом позиционирования солнечных панелей по фактическому направлению максимального потока света. Устройство обеспечивает возможную автоматизацию установки и большую эффективность работы солнечных панелей. Новизна устройства защищена патентом. Для подтверждения эффективности и получения количественного значения увеличения электрогенерации солнечными панелями за счет применения разработанного устройства приведены методика сравнения и описание эксперимента. Показаны также принципиальная схема и внешний вид разработанного устройства. Результаты эксперимента обработаны и приведены в виде графика. Подтверждена возможность увеличения электрогенерации солнечными панелями за счет отслеживания максимального потока света и переориентации в его сторону солнечной панели в течение дня, получено количественное значение увеличения электрогенерации. На основании положительных результатов эксперимента описана возможность использования разработанного устройства для автоматизации процесса развертывания солнечных панелей автономным способом и исключения участия человека в данном процессе. Рассмотрены эксплуатация разработанного устройства на движущемся транспорте и другие способы его применения. Подведены итоги, сделаны выводы и определены возможные дальнейшие направления развития и использования предложенного метода повышения эффективности солнечных панелей и разработанного устройства для улучшения эксплуатационных показателей солнечных панелей

Отдельные результаты получены при поддержке Минобрнауки России (проект № 0705-2020-0041)

Литература

[1] Gebreslassie B., Kelam A., Zayegh A. Energy saving in commercial building by improving photovoltaic cell efficiency. Proc. AUPEC, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/AUPEC.2017.8282493

[2] Selivanov K.V. Development trend of electrification and small-scale power generation sector in Russia. LNEE, 2020, vol. 641, pp. 409--416. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-39225-3_44

[3] Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. СПб., Изд-во Политехн. ун-та, 2016.

[4] Garifulina M.R., Vlasov A.I., Makarchuk V.V., et al. Model of a CIGS-type solar cell. Inzhenernyy vestnik: elektronniy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal [Engineering Bulletin], 2012, no. 8, p. 12 (in Russ.). Available at: http://ainjournal.ru/doc/479044.html

[5] Селиванов К.В. Малая распределенная энергетика как средство обеспечения энергобезопасности России. Мат. Междунар. науч.-практ. конф "Лесной комплекс сегодня. Экономика. Взгляд молодых исследователей". М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017, с. 217--220.

[6] Иванченко В.Т., Гражданкин А.А. Уточнение солнечного климата г. Краснодара для эффективной работы солнечных батарей в жилых зданиях. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2017, № 4, с. 47--51.

[7] Селиванов К.В., Люминарская Е.С. Экономические и другие аспекты эффективности использования малой распределенной энергетики в России. Сб. мат. Общерос. науч.-практ. конф. "Перспективы устойчивого развития лесопромышленного комплекса РФ". Красноярск, Научно-инновационный центр, 2018, с. 240--243.

[8] Степанов В.М., Горелов Ю.И., Пахомов С.Н. Анализ способов повышения эффективности функционирования солнечных батарей. Известия ТулГУ. Технические науки, 2018, № 12, с. 17--23.

[9] Васильев И.А., Люминарская Е.С., Селиванов К.В. Автономная система энергоснабжения с микропроцессорным управлением. Электроника и электрооборудование транспорта, 2019, № 2, с. 21--25.

[10] Васильев И.А., Люминарская Е.С., Селиванов К.В. Гибридная энергетика как способ электрификации географически изолированных потребителей. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2018, № 4-2, с. 154--161.

[11] Казанцев Ю.М., Гордеев К.Г., Пекарев А.Ф. и др. Токовый преобразователь энергии солнечной батареи в системе электропитания космических аппаратов. Известия Томского политехнического университета, 2011, т. 319, № 4, с. 149--153.

[12] Харченко В.В., Никитин Б.А., Майоров В.А. и др. Влияние расположения солнечного диска на небосводе относительно поверхностей солнечных батарей на их энергетическую эффективность. Вестник аграрной науки Дона, 2015, № 1, с. 53--59.

[13] Кужель А.В. Метод обобщений в математическом творчестве. В: Математика сегодня. Киев, Высшая школа, 1983, с. 68--88.

[14] Кобёрн А. Современные методы описания функциональных требований к системам. М., Лори, 2002.

[15] Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М., ФИЗМАТЛИТ, 2004.

[16] Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М., Наука, 1977.

[17] Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

[18] Еремин Д.И., Понятов Ю.А., Кемешева Д.Г. Определение оптимального угла расположения солнечной панели в течение дня для повышения эффективности ее работы. Мат. III Междунар. науч.-практ. конф. "Современные научные исследования: методология, теория, практика". Красноярск, Инспаер, 2014, с. 131--140.

[19] Ногай А.С., Ящук В.В. Повышение коэффициента полезного действия солнечных фотоэлементов с помощью систем слежения. Наука, образование и культура, 2017, № 8, с. 5--8.

[20] Бычкунов Г.А., Кондрашов Б.Н., Салдина Е.А. Устройство для ориентации приемника солнечной энергии. Патент РФ 2516595. Заявл. 03.09.2012, опубл. 20.05.2014.

[21] Султанов В.В. Устройство для автоматической ориентации солнечной батареи. Патент РФ 171448. Заявл. 20.05.2016, опубл. 01.06.2017.

[22] Багич Г.Л. Способ автоматической ориентации солнечных батарей и устройство для его осуществления. Патент РФ 2516511. Заявл. 05.12.2011, опубл. 20.05.2014.

[23] Селиванов К.В. Устройство автоматической ориентации панели солнечных батарей по направлению светового потока. Патент РФ 180765. Заявл. 10.10.2017, опубл. 22.06.2018.