Моделювання залежності потужності сонячних панелей від кута падіння променів

Abstract

У роботі було проаналізовано сучасний стан та перспективи досліджень у галузі математичного моделювання технологічних процесів в контексті сонячної енергетики. Було розглянуто фізичні та математичні моделі сонячних панелей, а також розглянуто теоретичні основи перетворення енергії у сонячних панелях, які покладено в основу принципу їх функціонування. На основі проведеного аналізу в роботі було розроблена математичну модель залежності потужності сонячної панелі від кута повороту. Розроблена модель враховує температуру навколишнього середовища, температуру, що отримала панель у процесі функціонування, вплив вітру на температуру панелі, а також вплив часу доби, дня року, кутів нахилу панелі відносно сонця, можливостей світловідбивання оточуючого середовища. Також, в даній моделі враховується вплив характеристик самої панелі, та її допоміжних елементів функціонування, на отримувану споживачем потужність. В роботі було проведено апробацію даної математичної моделі, результати якої вказують на можливість її застосування для моделювання функціонування панелі при різних характеристиках навколишнього середовища. Розроблене відповідне програмне забезпечення для генерування експериментальних даних залежності сили продукованого струму від кута нахилу панелі, позиції сонця, метеорологічних умов, світловідбиваючих властивостей поверхні, тощо. Сформовано висновки та визначено подальші перспективи щодо використання такого математичного та програмного забезпечення для вирішення наукових та практичних задач.

В работе было проанализировано современное состояние и перспективы исследований в области математического моделирования технологических процессов в контексте солнечной энергетики. Были рассмотрены физические и математические модели солнечных панелей, а также рассмотрены теоретические основы преобразования энергии в солнечных панелях, которые положены в основу принципа их функционирования. На основе проведенного анализа в работе была разработана математическая модель зависимости мощности солнечной панели от угла поворота. Разработанная модель учитывает температуру окружающей среды, температуру, получившей панель в процессе функционирования, влияние ветра на температуру панели, а также влияние времени суток, дня года, углов наклона панели относительно солнца, возможностей светоотражения окружающей среды. Также, в данной модели учитывается влияние характеристик самой панели, и ее вспомогательных элементов функционирования, на получаемую потребителем мощность. В работе была проведена апробация данной математической модели, результаты которой указывают на возможность ее применения для моделирования функционирования панели при различных характеристиках окружающей среды. Разработано соответствующее программное обеспечение для генерирования экспериментальных данных зависимости силы производимого тока от угла наклона панели, позиции солнца, метеорологических условий, светоотражающих свойств поверхности, т. Сформированы выводы и определены дальнейшие перспективы по использованию такого математического и программного обеспечения для решения научных и практических задач.

The paper analyzes the current state and prospects of research in the field of mathematical modeling of technological processes in the context of solar energy. The physical and mathematical models of solar panels were considered, as well as the theoretical bases of energy conversion in solar panels, which are the basis for the principle of their functioning, were considered. On the basis of the analysis carried out, a mathematical model of the dependence of the power of the solar panel on the angle of rotation was developed. The developed model takes into account the ambient temperature, the temperature received by the panel during operation, the effect of wind on the temperature of the panel, as well as the influence of time of day, day of the year, angles of the panel relative to the sun, the possibilities of environmental reflection. Also, this model takes into account the influence of the characteristics of the panel itself, and its auxiliary elements of functioning, on the power received by the consumer. In the work, an approbation of this mathematical model was carried out, the results of which indicate the possibility of its application for modeling the functioning of the panel under various environmental characteristics. The corresponding software for generating experimental data on the strength of the current produced from the angle of the panel, the position of the sun, the meteorological conditions, the reflecting properties of the surface, t. The conclusions are formulated and further perspectives on the use of such mathematical and software solutions for solving scientific and practical problems are determined.