Operation of a photovoltaic installation in the North under various cloudiness conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study investigates the effect produced by various types of cloudiness on the functioning of a photovoltaic system in the central part of the Republic of Sakha (Yakutia). The electric power efficiency of the photovoltaic system under various cloudiness conditions was assessed using graphical interpretations, measuring and recording devices, as well as a description of the procedure for conducting experimental work. The average indicators of a decrease in the electric power efficiency of the photovoltaic system were determined using patterns for a certain type of cloudiness. A specific cloudiness type was identified by performing measurements and calculating illumination ranges, taking boundary conditions into account. These studies were carried out during the summer period of 2021 using the facilities of the mobile test site of the V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences located in the central part of the Republic of Sakha (Yakutia). Control parameters of alterations in the generating capacity of the photovoltaic system were obtained for 10 types of cloudiness. The obtained parameters can be used when modeling operational processes and performing engineering calculations of the operating modes for solar power plants. According to the results, during the operation of photovoltaic systems under various types of cloudiness, the decrease in the generating capacity of the installation can vary within 8–95% relative to the generating capacity indicator under clear weather. The obtained indicators of alterations in the generating capacity of a photovoltaic system under various cloudiness conditions can be applied for developing a methodology for assessing the effect of cloudiness and its types on the carrying capacity of solar beams falling on the photovoltaic panel surface, as well as to more accurately determine the energy potential of solar generation in a certain area.

About the authors

N. P. Mestnikov

North-Eastern Federal University in Yakutsk; Institute of Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: sakhacase@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7090-4839

P. F. Vasilyev

North-Eastern Federal University in Yakutsk; Institute of Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kb-8@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4108-176X

G. I. Davydov

Institute of Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: dav_gen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8543-0867

A. M. Khoyutanov

Institute of Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: shuriklater@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1917-6976

A. M.-N. Alzakkar

Kazan State Power Engineering University

Email: ahmadalzakkar86@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8355-189X

References

  1. Дмитриенко В. Н., Лукутин Б. В. Методика оценки энергии солнечного излучения для фотоэлектростанции // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 5. С. 49–55. http://izvestiya.tpu.ru/archive/article/view/1881.
  2. Тулегенова А. А. Потенциал энергообеспечения областей Казахстана с использованием возобновляемых источников Энергии // Альтернативная энергетика и экология. 2020. № 31-33. С. 72–80. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.11.008.
  3. Дебрин А. С., Семенов А. Ф., Бастрон А. В., Кузьмин П. Н. Проектирование энергоэффективных ФСЭС для автономных систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей Красноярского края путем использования графо-семантической базы данных энергии солнечного излучения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3. С. 216–221.
  4. Местников Н. П., Васильев П. Ф., Давыдов Г. И., Хоютанов А. М., Альзаккар А. М. Исследование возможности применения фотоэлектрических солнечных установок внутри купольного строения в условиях Севера // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2021. Т. 25. № 4. С. 435–449. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-4-435-449.
  5. Шакиров В. А., Яковкина Т. Н., Курбацкий В. Г. Методика оценки выработки электроэнергии солнечными электростанциями с использованием данных многолетних наблюдений метеостанций // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. №. 4. С. 858–875. https://doi.org/10.21285/18143520-2020-4-858-875.
  6. Бабаев Б. Д. Расчет выработки электроэнергии местной солнечной электростанцией при оптимальных параметрах // Вестник Дагестанского государственного университета. Серия 1: Естественные науки. 2021. Т. 36. Вып. 3. С. 21–28. https://doi.org/10.21779/2542-03212021-36-3-21-28.
  7. Бабаев Б. Д. Программа расчета поступления возобновляемых энергоресурсов и оптимизации режимов эксплуатации энергокомплексов по динамике нагрузки потребителя // Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: матер. XIV Междунар. науч.-техн. конф. (г. Саратов, 30 октября – 1 ноября 2018 г.). Саратов: Изд-во СГТУ им. Ю. А. Гагарина, 2018. С. 55–60.
  8. Торговкин Н. В., Макаров В. Н. Влияние современных климатических изменений на геохимические особенности мерзлотных почв г. Якутск // Устойчивость природных и технических систем в криолитозоне: матер. Всерос. конф. с междунар. участием, посвященной 60летию образования Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (г. Якутск, 28–30 сентября 2020 г.). Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2020. С. 182−184.
  9. Perez R., Cebecauer T., Šúri M. Semi-empirical satellite models. Chapter 2 // Solar Energy Forecasting and Resource Assessment. Academic press, 2013. Р. 21– 48. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-397177-7.00002-4.
  10. Šúri M., Cebecauer T., Skoczek A. Solargis: solar data and online applications for pv planning and performance assessment // 26th European Photovoltaics Solar Energy Conference. Hamburg, 2011. https://solargis2-webassets.s3.eu-west1.amazonaws.com/public/publication/2011/5514f381d4/Suri-Cebecauer-Skoczek-EUPVSEC2011-Solargis-solardata-and-online-applications-for-PV-planning-andperformance-assessment.pdf
  11. Suri M., Cebecauer T., Skoczek A., Marais R., Mushwana C., Reinecke J., et al. Cloud cover impact on photovoltaic power production in South Africa // South African Solar Energy Conference: Proceedings of the 2nd. Port Elizabeth, 2014. https://solargis2-web-assets.s3.euwest-1.amazonaws.com/public/publication/2014/7e83f59297/Suri-et-al-SASEC2014-Cloud-cover-impacton-PV-power-production-in-South-Africa.pdf
  12. Bonkaney A., Madougou S., Adamou R. Impacts of cloud cover and dust on the performance of photovoltaic module in Niamey // Journal of Renewable Energy. 2017. Vol. 2017. https://doi.org/10.1155/2017/9107502.
  13. Kern E. C., Gulachenski E. M., Kern G. A. Cloud effects on distributed photovoltaic generation: slow transients at the Gardner, Massachusetts photovoltaic experiment // IEEE Transactions on Energy Conversion. 1989. Vol. 4. Iss. 2. P. 184–190. https://doi.org/10.1109/60.17910.
  14. Mestnikov N., Vasiliev P., Alzakkar A. Development of method of protection of solar panels against dust pollution in the Northern part of the Russian Far East // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2021. https://doi.org/10.1109/UralCon52005.2021.9559596.
  15. Mahalakshmi R., Aswin Kumar A., Kumar A. Design of fuzzy logic based maximum power point tracking controller for solar array for cloudy weather conditions // Power and energy systems: towards sustainable energy. 2014. https://doi.org/10.1109/PESTSE.2014.6805308.
  16. Detyniecki M., Marsala C., Krishnan A., Siegel M. Weather-based solar energy prediction // IEEE International Conference on Fuzzy Systems. 2012. https://doi.org/10.1109/FUZZ-IEEE.2012.6251145.
  17. Lofthouse J., Simmons R. T., Yonk R. M. Reliability of renewable energy: solar. Электронный ресурс. URL: https://www.usu.edu/ipe/wpcontent/uploads/2015/11/Reliability-Solar-Full-Report.pdf (12.06.2021).
  18. Sowa S. Improving the energy efficiency of lighting systems by the use of solar radiation // 17th International Conference Heat Transfer and Renewable Sources of Energy (HTRSE-2018): E3S Web Conference. 2018. Vol. 70. Р. 01013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20187001013.
  19. Шиловцева О. А. Световые ресурсы Москвы // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 6-2. С. 88–96.
  20. Местников Н. П., Альзаккар А. М.-Н. Исследование влияния холодного климата Якутии на функционирование монокристаллической солнечной системы генерации электроэнергии // Тинчуринские чтения – 2021 «Энергетика и цифровая трансформация»: матер. Междунар. молодежной науч. конф. (г. Казань, 28–30 апреля 2021 г.). Казань: ООО Полиграфическая компания «Астор и Я», 2021. С. 256–260.
  21. Васильев П. Ф., Местников Н. П. Исследование влияния резко-континентального климата Якутии на функционирование солнечных панелей // Международный технико-экономический журнал. 2021. № 1. С. 57–64. https://doi.org/10.34286/1995-4646-2021-76-157-64.
  22. Нуруллин Э. Г., Зайнутдинова Э. Э., Салахутдинов И. А. Методические предпосылки по разработке комбинированной системы электроснабжения сельскохозяйственного предприятия с применением нетрадиционных источников энергии // Сельское хозяйство и продовольственная безопасность: технологии, инновации, рынки, кадры: научн. тр. II Междунар. науч.практ. конф., посвященной 70-летию Института механизации и технического сервиса и 90-летию Казанской зоотехнической школы (г. Казань, 28–30 мая 2020 г.). Казань: Казанский государственный аграрный университет, 2020. С. 26–32.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).