Energy efficiency of photovoltaic panels depending on the step resolution of tracking system

• Autorzy: Płachta Kamil

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.5777

Warianty tytułu

PL

Efektywność energetyczna paneli fotowoltaicznych w zależności od rozdzielczości kroku śledzenia układu nadążnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents an energy analysis of a 3.5 kWp photovoltaic installation placed on a two-axis tracking system, depending on resolutionof step tracking system, that tracks apparent position of the Sun on the celestial sphere. Measurements were takenduring July and August, monthswith similar solar radiation intensity. During the first month, the tracking system changed the spatial orientation of the photovoltaic panels witha frequency of 20 minutes, while in the second month the resolution of the tracking step was 120 minutes. The total energy production by the photovoltaic installation cooperating with the tracking system was 589.5kWh and 579.85kWh, for a tracking step resolution of 20 and 120 minutes, respectively.The monthly differencebetween the two analysed periods does not exceed 1.7%. However, when analysing the days with the highest energy production–exceeding 28 kWh/day, the photovoltaic installation which changed its spatial orientation with greater frequency produced 309.83 kWh,and with a smaller one 259.88 kWh. Inthe case of sunny, cloudless days, thedifference in the efficiency of both solutions is equal to 19%. During dayswith lower solar radiation, the efficiency of the photovoltaic installations was similar. It can be concluded that increasing the step resolutionof the tracking system increases energy production on sunny, cloudless days.It should be taken into account that increasing the frequency of changingthe position of photovoltaic panels increased energy consumption by tracker motors from 2.48 kWh to 3.75 kWh, which constitutes13.2% of the energy gain obtained over the entire tested period, but less than 1% during days with the highest amount of solar radiation.

PL

W artykule przedstawiono analizę energetyczną instalacji fotowoltaicznej o mocy 3,5 kWp umieszczonej na dwuosiowym układzie nadążnym, w zależności od rozdzielczości kroku śledzenia pozornej pozycji Słońca na sferze niebiskiej. Pomiary wykonano w trakcie lipca i sierpnia, miesięcy charakteryzujących się zbliżoną wartością natężenia promieniowania słonecznego. W trakcie pierwszego miesiąca, układ nadążny zmieniał orientację przestrzenną paneli fotowoltaicznych z częstotliwością równą 20 minut, natomiast w drugim miesiącu rozdzielczość kroku śledzenia wyniosła 120 minut. Całkowita produkcja energii elektrycznej przez instalację fotowoltaiczną współpracującą z układem nadążnym była równa 589,5 kWh oraz 579,85 kWh, odpowiednio dla rozdzielczości kroku śledzenia równego 20 oraz 120 minut. Miesięczna różnica między dwoma badanymi okresami nie przekroczyła 1.7%. Natomiast analizując dni o największej produkcji energii elektrycznej – powyżej 28 kWh, instalacja fotowoltaiczna zmieniająca swoją orientacje przestrzenną z większą rozdzielczością kroku śledzenia wyprodukoała 309,83 kWh, natomiast z mniejszą 259,88 kWh. W przypadku słonecznych, bezchmurnych dni, różnica w efektywności obu rozwiązań wynosi 19%. W trakcie dni charakteryzujących się mniejszą wartością nasłonecznienia, efektywność instalacji była do siebie zbliżona. Podsumowując, zwiększenie rozdzielczości kroku układu nadążnego powoduje wzrost produkcji energii elektrycznej w słoneczne, bezchmurne dni. Natomiast, zwiększenie częstotliwości zmiany położenia paneli fotowoltaicznych zwiększa zużycie energii elektrycznej z 2,48 kWh do 3,75 kWh, co stanowi 13,2% uzyskanego zysku energetycznego w całym badanym okresie, ale niespełna 1% w trakcie dni o największej wartości nasłonecznienia.

Słowa kluczowe

EN

photovoltaic panels; solar tracker; solar map; efficiency of energy production

PL

panele fotowoltaiczne; system śledzący; mapa słoneczna; efektywność produkcji energii

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 14, nr 1
• Strony: 32--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Płachta Kamil

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Electronics, Photonics and Microsystems, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/000-0001-6278-1488

Bibliografia

• [1] Bartczak M.: On the capacity of solar cells under partial shading conditions. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska – IAPGOS 11(4), 2021, 47–50.
• [2] Belhachat F., Larbes C.: A review of global maximum power point tracking techniques of photovoltaic system under partial shading conditions. Renewable and Sustainable Energy Reviews 92, 2018, 513–553.
• [3] Bentata K., Mohammedi A., Benslimane T.: Development of rapid and reliable cuckoo search algorithm for global maximum power point tracking of solar PV systems in partial shading condition. Archives of Control Sciences 2021, 495–526.
• [4] Bollipo R., Mikkili S., Bonthagorla P.: Critical review on PV MPPT techniques: classical, intelligent and optimisation. IET Renewable Power Generation 14(9), 2020, 1433–1452.
• [5] Clifford M., Eastwood D.: Design of a novel passive solar tracker. Solar Energy 77, 2004, 269–280.
• [6] Dadi V., Peravali S.: Optimization of light-dependent resistor sensor for the application of solar energy tracking system. SN Applied Sciences 2(9), 2020.
• [7] Duarte F., Gaspar P., Gonçalves L.: Two axes solar tracker based on solar maps, controlled by a low-power microcontroller. Journal of Energy and Power Engineering 5(7), 2011.
• [8] Fathabadi H.: Novel high accurate sensorless dual-axis solar tracking system controlled by maximum power point tracking unit of photovoltaic systems. Applied Energy 173, 2016, 448–459.
• [9] Fathabadi H.: Novel online sensorless dual-axis sun tracker. IEEE/ASME transactions on mechatronics 22(1), 2016, 321–328.
• [10] Karttunen H. et al.: Fundamental Astronomy. Springer 2014.
• [11] Lan J.: Development and performance test of a novel solar tracking sensor. Metrology and Measurement Systems 2023, 2023, 289–303.
• [12] Mah A., Ho W., Hassim M., Hashim H.: Optimization of Photovoltaic Array Orientation and Performance Evaluation of Solar Tracking Systems. Chemical Engineering Transactions 83, 2021, 109–114.
• [13] Melo K., Tavares L., Villalva M.: Statistical Analysis of Solar Position Calculation Algorithms: SPA and Grena 1–5. IEEE Latin America Transactions 19(7), 2021, 1145–1152.
• [14] Mroczka J., Ostrowski M.: A hybrid maximum power point search method using temperature measurements in partial shading conditions. Metrology and Measurement Systems (4), 2014.
• [15] Mroczka J., Ostrowski M.: Maximum power point search method for photovoltaic panels which uses a light sensor in the conditions of real shading and temperature. Modeling Aspects in Optical Metrology V, 2015, 371–378.
• [16] Mroczka J., Ostrowski M.: A hybrid maximum power point tracking algorithm that uses the illumination and the temperature sensor in solar tracking systems. Nonlinear Optics and Applications XI, 2019, 237–243.
• [17] Prinsloo G., Dobson R.: Solar Tracking, 2015.
• [18] Salgado-Conrado L.: A review on sun position sensors used in solar applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews 82, 2018, 2128–2146.
• [19] Sidek M. et al.: Automated positioning dual-axis solar tracking system with precision elevation and azimuth angle control. Energy 124, 2017, 160–170.
• [20] Talha A., Boumaaraf H., Bouhali O.: Evaluation of maximum power point tracking methods for photovoltaic systems. Archives of Control Sciences, 2011.
• [21] Wu C., Wang H., Chang H.: Dual-axis solar tracker with satellite compass and inclinometer for automatic positioning and tracking. Energy for Sustainable Development 66, 2022, 308–318.