Problematyka doboru kąta posadowienia paneli fotowoltaicznych z uwzględnieniem profilu zapotrzebowania na energię

• Autorzy: Pepłowska M. , Olczak P.

Warianty tytułu

EN

The tilt angle selecting problem of PV panels taking the energy demand profile into account

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach obserwowany jest rozwój zastosowania fotowoltaiki zarówno na świecie, jak i w warunkach krajowych, a tym samym wzrost wykorzystania instalacji w bilansie odnawialnych źródeł energii (OZE). Nieodłącznie powiązana z tym faktem jest spadkowa tendencja cen modułów fotowoltaicznych. Szczególne rozpowszechnienie zyskują mikroinstalacje prosumeckie o mocy do 10 kWp. Dla maksymalizacji pozyskiwania energii słonecznej przy zastosowaniu w gospodarstwie domowym paneli fotowoltaicznych stosowany jest szereg metod. Jedną z możliwości jest sterowanie nachyleniem ogniw, a tym samym regulacja kąta ich posadowienia. Program priorytetowy Prosument (Program priorytetowy 2016) utworzony na podstawie Ustawy o odnawialnych źródłach energii (Ustawa OZE 2015) w pewien sposób zawęża obszar możliwości manipulacji kątem ustawienia paneli fotowoltaicznych. Kąt ten ma z kolei przełożenie na ustalenie wielkości doborowej montowanej instalacji. W niniejszej pracy autorzy przedstawiają metodykę doboru odpowiedniego kąta nachylenia paneli fotowoltaicznych w celu pozyskania przez użytkownika jak największej ilości promieniowania słonecznego na formę użytecznej energii. Jako obszar badań autorzy przyjęli położenie miasta Kraków. Badania przeprowadzano z wykorzystaniem programu komputerowego Matlab, będącego interaktywnym środowiskiem do wykonywania obliczeń naukowych. Do wykonania symulacji wykorzystano model promieniowania słonecznego Haya, Daviesa, Kluchera, Reindla w skrócie – model HDKR. Autorzy określili optymalne kąty posadowienia w zależności od wyznaczonego profilu zapotrzebowania na energię. W następnym kroku określono wielkości potrzebnej mocy liczonej w kWp/MWh zapotrzebowania na energię dla wytypowanej lokalizacji i kąta nachylenia paneli. Obliczenia wykonane w artykule nie uwzględniają sprawności urządzeń pośredniczących ze względu na ich liniowe zależności.

EN

In recent years, the development of photovoltaic applications has been observed both in the world and in domestic conditions, and, as a consequence, an increase in the use of installations in the balance of renewable energy sources (RES). An inherent link to this fact is the downward trend in prices for solar modules. Solar PV installations (for prosumers) with a capacity of up to 10 kWp are becoming more and more popular. A number of methods are used to maximize solar energy generation when using solar panels in a household. One of the possibilities is to control the inclination of the cells, and thus adjust the angle of their foundation. The prosumer priority program (Priority Program 2016) established on the basis of the Renewable Energy Sources Act (RES Act 2015) in some way narrows the area of the possibility of manipulating the orientation of photovoltaic panels. This angle, in turn, translates into determining the size of the installed installation. In this paper, the authors present the methodology of selecting the appropriate angle of inclination of photovoltaic panels in order to obtain as much sun radiation as possible. The authors adopted the location of the city of Krakow as the research area,. The research was carried out using Matlab software, which is an interactive environment for performing scientific calculations. The model of solar radiation Haya, Davies, Klucher, and Reindel were used for the simulation in short, the HDKR model. The authors determined the optimal angles of foundation depending on the determined profile of energy demand. In the next step, the amount of power needed in kWp/MWh was determined for the energy demand for the selected location and the angle of inclination of the panels. The calculations made in the article do not take into account the efficiency of intermediary devices due to their linear dependencies.

Słowa kluczowe

PL

panel fotowoltaiczny; dobór instalacji; promieniowanie słoneczne; prosument

EN

photovoltaic panel; installation selection; solar radiation; prosumer

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 102
• Strony: 91--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Pepłowska M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Olczak P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• 1. Bakirci, K. 2012. General models for optimum tilt angles of solar panels: Turkey case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, s. 6149–6159.
• 2. Chwieduk, D. 2006. Modelowanie i analiza pozyskiwania oraz konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego w budynku. Warszawa: IPPT PAN, s. 14–33.
• 3. Chwieduk, D. 2009 – Recommendation on modelling of solar energy incident. Renewable Energy 34, s. 736–741.
• 4. Duffie, J.A. i Beckman, W.A. 2006. Solar Engineering of Thermal Processes
• 5. Gil, P. 2015. Roczne wyniki pomiaru sprawności amorficznych kolektorów fotowoltaicznych w Rzeszowie. Rynek Energii 8.
• 6. Hafez A.Z. i in. 2017. Tilt and azimuth angles in solar energy applications – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 77, s. 147–168.
• 7. Jeleń, I. 2016. Koszty ogrzewania domu pompą ciepła w latach 2012–2015. [Online] Dostępne w: http://eko-blog. pl/2016/01/koszty-ogrzewania-domu-pompa-ciepla-2012-2015/ [Dostęp: 23.08.2017].
• 8. Kaddoura i in. 2016. On the estimation of the optimum tilt angle of PV panel in Saudi Arabia. Renewable and Sustainable Energy Reviews t. 65, s. 626–634.
• 9. Karlsson, J. 2001. Windows – Optical Performance and Energy Efficiency, Uppsala: ACTA UNIVERSITATIS UPSALIENSIS.
• 10. Ministerstwo…2015. Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju. Wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków. [Online] Dostępne w: http://www.mir.gov.pl/strony/zadania/budownictwo/dane-do-swiadectwcharakterystyki- energetycznej-budynkow [Dostęp: 23.07.2015].
• 11. Olczak i in. 2017 – Olczak, P., Kryzia, D. i Olek, M. 2017. Ekonomiczna efektywność zastosowania stelaża w instalacji solarnej – studium przypadku. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja nr 8, t. 48, s. 331–334.
• 12. Olczak, P. i Pepłowska, M. 2018. Problematyka doboru wielkości przydomowych instalacji fotowoltaicznych. [W:] Energetyka solarna w badaniach naukowych, red. Kwietkiewicz P., Poznań, s. 80–90 (w druku).
• 13. Program priorytetowy 2016. Wsparcie działań ochrony środowiska i gospodarki wodnej realizowanych przez partnerów zewnętrznych Część 3) Prosument – linia dofinansowania z przeznaczeniem na zakup i montaż mikroinstalacji odnawialnych źródeł energii. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Warszawa.
• 14. Rowlands Ian H i in. 2011. Optimal solar-PV tilt angle and azimuth: An Ontario (Canada) case-study. Energy Policy t. 39, s. 1397–1409.
• 15. Ustawa OZE 2015. Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii Dz.U. 2015, poz. 478.
• 16. Xu Ruidong i in. 2017. Analysis of the optimum tilt angle for a soiled PV panel. Energy Conversion and Management 148, s. 100–109.
• 17. Żukowski, M. i Radzajewska, P. 2015. Optymalny kąt nachylenia kolektorów słonecznych na terenie Polski. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja nr 4, t. 4, s. 138–142.

Uwagi

Opracowanie w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).