ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 519.6

Технічна механіка, 2023, 3, 79 - 87

НЕСТАЦІОНАРНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РОЗПОДІЛУ ТЕМПЕРАТУР В ШАРАХ СОНЯЧНОЇ ПАНЕЛІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.03.079

Захаров Д. В., Книш Л. І.

Захаров Д. В.
Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара,
Україна

Книш Л. І.
Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара,
Україна

      В роботі представлені результати математичного моделювання нестаціонарних температурних полів у типовій сонячній панелі при реальних умовах навколишнього середовища. Основу математичної моделі складає система нелінійних звичайних диференційних рівнянь з відповідними початковими та граничними умовами. В моделі враховано радіаційні втрати з поверхні панелі, які визначались за законом Стефана–Больцмана та конвективні втрати за рахунок вільної та вимушеної конвекції. Щільність теплового потоку від Сонця вважалась сталою, але на її значення впливав кут установки сонячної панелі. Врахування залежності ККД сонячних елементів від температури в створеній моделі проводилось стандартним методом. Комп’ютерний алгоритм було розроблено на мові програмування С++ з використанням стандартних математичних бібліотек, що передбачує процедуру лінеаризації в системі звичайних диференційних рівнянь. Для візуалізації результатів було використано графічний інструмент gnuplot. В результаті моделювання отримано розподіл температур в кожному з шарів сонячної панелі в залежності від температури навколишнього середовища. Знайдено, що при збільшенні температури навколишнього середовища спостерігається суттєве зменшення ККД сонячної панелі, яке може досягати 40 %. Спостерігається збільшення часу для виходу сонячної панелі на стаціонарний режим при збільшенні температури навколишнього середовища. Встановлено залежність між температурою сонячної панелі та ступенем чорноти захисного скла сонячної панелі. Результати дослідження показали, що в рамках наближення Кіргофа необхідним є забезпечення максимального значення ступеня чорноти селективного покриття для захисного скла. Це дозволяє зменшити температуру системи та збільшити її ККД. Отримано залежність температури сонячної панелі від швидкості вітру. Встановлено, що підвищення швидкості вітру приводить до збільшення конвективних втрат, що позитивно впливає на температурний режим сонячної панелі. Результати дослідження показали, як різні фактори зовнішнього середовища впливають на температурний режим сонячної панелі, та як можна оптимізувати її параметри для забезпечення максимальної ефективності. Отримані результати можуть бути використані при розробці та виробництві сонячних панелей з вдосконаленими властивостями, що дозволить мінімізувати температурні впливи на їх ефективність.
     

нестаціонарна математична модель, система нелінійних диференціальних рівнянь, числові експерименти, кремнієва сонячна панель, ККД сонячної панелі

1. Пилипенко О. В. Вирішення сучасних проблем динаміки технічних систем. Технічна механіка. 2021. №2. С. 3–19. https://doi.org/10.15407/itm2021.02.003

2. Гудрамович В. С. Міцність, надійність і ресурс конструкцій аерокосмічної техніки і енергетики. Технічна механіка. 2021. №2. С. 100–106. https://doi.org/10.15407/itm2021.02.100

3. Singh G. K. Solar power generation by PV (photovoltaic) technology. A review: Energy. 2013. V. 53. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.02.057

4. Tobnaghi D. M., Madatov R., Naderi D. The Effect of Temperature on Electrical Parameters of Solar Cells. International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. 2013. V. 2. P. 6404–6407

5. Khalis M., Masrour R., Khrypunov G., Kirichenko M., Kudiy D., Zazoui M. Effects of Temperature and Concentration Mono and Polycrystalline Silicon Solar Cells: Extraction Parameters. Journal of Physics: Conference Series. 2015. V. 758. P. 758. https://doi.org/10.1088/1742-6596/758/1/012001

6. Безручко К. В., Книш Л. І., Сінченко С. В. Забезпечення точності опису характеристик груп фотоперетворювачів і фотоелектричних батарей на основі цільових експериментів на комплексному обладнанні. Відновлювальна енергетика. 2020. №3(62). С. 35–41.

7. Famaz A., Aziz A. S., Shukor M., Farudun M. Fundamental study on the impacts of water-cooling and accumulated dust on photovoltaic module performance. International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2022. V. 13. P. 2421–2431. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v13.i4.pp2421-2431

8. Skoplaki E., Palyvos J. A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance. A review of efficiency/power correlations. Solar Energy. 2009. V. 83. P. 614–624. https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.10.008

9. Soliman A. S., Dong L. Xu, J., Cheng P. Numerical investigation of a photovoltaic module under different weather conditions. Energy Reports. 2022. V. 8. P. 1045–1058. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.348

10. Notton G., Cristofari C., Mattei M., Poggi P. Modelling of a double-glass photovoltaic module using finite differences. Applied Thermal Engineering. 2005. V. 25. P. 2854–2877. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.02.008

11. Захаров Д. В., Книш Л. І. Математичне моделювання впливу температурного режиму на ефективність сонячної панелі. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. 2022. №34. С. 48–58.

12. Захаров Д. В., Книш Л. І. Моделювання температурних полів в сонячній панелі при змінному ККД. Збірка тез XXIV Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції “Людина і Космос”, травень 2022 р., Дніпро. С. 99.

13. Захаров Д. В., Книш Л. І. Комп’ютерне моделювання впливу полів температур на ефективність сонячної панелі. Тези доповідей ХХ Міжнародної науково-практичної конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем”. 23-25 листопада 2022 р., Дніпро. С. 90.

14. Serrano E. S. Differential Equations: Applied Mathematical Modeling, Nonlinear Analysis, and Computer Simulation in Engineering and Science.? HydroScience Inc. 2016. P. 60.

15. Sauer T. Numerical Analysis. Pearson. 2011. V.2. P. 427.

16. Графічна бібліотека GNUplot. URL: http://www.gnuplot.info (дата звернення 02.05.2023).

Copyright (©) 2023 Захаров Д. В., Книш Л. І.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка