Investigating the effects of ambient temperature on photoelectric unit operation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, effects of low and high ambient temperatures on the operation of a photoelectric unit are investigated. The research methodology consisted in determination of the energy efficiency of a photoelectric unit across a wide range of ambient temperatures, providing graphical interpretations and describing the procedure of field observations. Regularities in determining the average statistical indicators of energy efficiency rise and drop in a photoelectric unit were applied for a particular range of ambient temperatures. These studies were undertaken during the winter of 2021 in the Materials Science Laboratory of V.P. Larionov Institute of Physical-Technical Problems of the North, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, using a fixed climate chamber. Reference parameters were obtained for changes in the photoelectric unit generating capacity (within -60ºC to +60ºC), which can be applied in modeling operational processes and engineering calculations of operating conditions of solar power plants. It was found that, at the same illumination and ambient temperature values, a photoelectric panel generates the maximum energy at -60ºC and minimal energy at +60 ºC, with the specific power drop for this temperature range being 19%. A significant drop in the specific power of the photoelectric unit was achieved at +30 ºC and higher due to the increased internal resistance of the unit. For temperatures below -40ºC, the specific power of the analyzed unit increased insignificantly due to the decreased internal resistance of the unit. The obtained values of the generating capacity of a photoelectric unit within a wide range of ambient temperatures can be used in developing a procedure for evaluating the effects of ambient temperature and its various ranges on the operation of photoelectric units, as well as for a more accurate determination of the solar generation energy potential under certain climate conditions. In future studies, field observations are planned to identify the nature of the effect of two and more climatic factors on the operation of a photoelectric unit.

About the authors

N. P. Mestnikov

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University; V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RAS

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

P. F. Vasilyev

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University; V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RAS

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

G. I. Davydov

V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RAS

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

A. M. Khoyutanov

V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RAS

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

A. A. Lobashev

The Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech)

Email: lobashevalexander@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9522-9996

References

  1. Местников Н.П., Васильев П.Ф., Альхадж Ф.Х. Разработка гибридных систем электроснабжения для энергоснабжения удаленных потребителей в условиях Севера и Арктики // Международный технико-экономический журнал. 2021. № 1. С. 47–56. https://doi.org/10.34286/1995-4646-2021-76-1-47-56.
  2. Местников Н.П., Васильев П.Ф., Давыдов Г.И., Хоютанов А.М., Альзаккар А.М.-Н. Исследование возможности применения фотоэлектрических солнечных установок внутри купольного строения в условиях Севера // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 4. С. 435–449. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-4-435-449.
  3. Bekryaev R.V., Polyakov I.V., Alexeev V.A. Role of polar amplification in long-term surface air temperature variations and modern arctic warming // Journal of Climate. 2010. Vol. 23. Iss. 14. P. 3888–3906. https://doi.org/10.1175/2010JCLI3297.1.
  4. 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/10.34286/1995-4646-2021-76-1-57-64.
  5. Литвин Н.В. Моделирование физических процессов работы солнечных фотоэлектрических батарей // Мониторинг. Наука и технологии. 2020. № 1. С. 46–53. https://doi.org/10.25714/MNT.2020.43.007.
  6. Соловей В.А., Захаров А.А., Карлов Д.С., Булат С.А., Семенихин В.И. Система обеспечения электропитания автономной удаленной автоматической станции для сбора космической пыли на станции Восток в Антарктиде // Гелиогеофизические исследования в Арктике: сборник трудов II Всероссийской конференции (г. Мурманск, 24–26 сентября 2018 г.). Мурманск: Полярный геофиз. ин-т, 2018. С. 85–87. https://doi.org/10.25702/KSC.978-5-91137-381-8.85-87.
  7. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б. Исследование температуры поверхности солнечных модулей с использованием голографической защиты от перегрева // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2019. Т. 15. № 4. С. 19–29. https://doi.org/10.17122/1999-5458-2019-15-4-19-29.
  8. Skoplaki E., Palyvos J.A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance: a review of efficiency/power correlations // Solar Energy. 2009. Vol. 83. Iss. 5. P. 614–624. https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.10.008.
  9. Coelho R.F., Concer F.M., Martins D.C. A MPPT approach based on temperature measurements applied in PV systems // Proceedings of the IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies. 2010. https://doi.org/10.1109/INDUSCON.2010.5740006.
  10. Philibert C. The present and future use of solar thermal energy as a primary source of energy // International Energy Agency. 2005.. URL: http://philibert.cedric.free.fr/Downloads/solarthermal.pdf (19.03.2021).
  11. Aljamali N.M., Kadhium A.J., Al-Jelehawy A.H.J. Review in protection of laboratory and electrical equipment in laboratories and institutions // Journal of Controller and Converters. 2021. Vol. 6. Iss. 1. Р. 24–30.
  12. Muhsin N.M.B., Alhamdo M.H. Study experiential and numerical for investigation the efficiency inside building structure // European Journal of Molecular & Clinical Medicine. 2020. Vol. 7. Iss. 6. Р. 1917–1936.
  13. Abed Q.A., Badescu V. Some solar energy technologies and applications // Energy Science and Technology. Vol. 5. Solar Engineering - 1 (Applications) Chapter / Editors S.R. Sivakumar, U.C. Sharma, R. Prasad. Studium Press LLC, 2015.
  14. Пат. № 2645444, Российская Федерация, C1, МПК H01L 31/024, H01L 31/042. Устройство и способ автоматизированной очистки солнечной панели / Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, В.Е. Вавилов, Р. Д. Каримов; заявитель и патентообладатель Уфимский государственный авиационный технический университет. № 2017102270. Заявл. 24.01.2017; опубл. 21.02.2018.
  15. Панченко В.А., Сангаджиев М.М., Дегтярев К.С. Влияние пыли и песка на возобновляемые источники энергии в Калмыкии // Инновации в сельском хозяйстве. 2017. № 1. С. 176–183.
  16. Амиров Д.И., Зацаринная Ю.Н., Логачева А.Г., Федотов Е.А. Исследование электрических двигателей для автоматизированных систем очистки солнечных панелей // Труды Академэнерго. 2020. № 4. С. 74–85.
  17. Зацаринная Ю.Н., Амиров Д.И., Земскова Л.В., Рахматуллин Р.Р. Исследование эффективности работы солнечной панели при воздействии на нее загрязнителей // Труды Академэнерго. 2019. № 1. С. 81–92.
  18. Местников Н.П., Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф., Васильев П.Ф. Исследование эксплуатации комбинированной системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии на Дальнем Востоке России // Вопросы электротехнологии. 2021. № 2. С. 68–81.
  19. Mestnikov N., Alzakkar A., Valeev I., Maksimov V.V. Assessment of the performance of the solar power plant with a capacity 150W // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2021. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon52004.2021.9537318.
  20. Anderson T.W., Darling D.A. Asymptotic theory of certain "goodness of fit" criteria based on stochastic processes // Annals of Mathematical Statistics. 1952. Vol. 23. Iss. 2. Р. 193–212. https://doi.org/10.1214/aoms/1177729437.

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).