THE STATUS AND PROSPECTS FOR DEVELOPMING PHOTOVOLTAIC POWER STATIONS WITH SUN TRACKING SYSTEMS
DOI:
https://doi.org/10.14529/power230302%20Keywords:
solar trackers, solar tracking systems, photovoltaic power plants, renewable energy sources, solar trackers reviewAbstract
The conversion of solar energy into electrical energy is one of the solutions to improve the reliability of power supply to remote consumers. The amount of electricity generated by photovoltaic plants depends on their geographical location, ambient temperature, weather conditions, the material of photovoltaic modules, as well as on the angle of incidence of the solar flux and the orientation of photovoltaic modules. The article discusses ways to improve the reliability of power supply to consumers of photovoltaic power plants, analyzes the existing principles and mechanisms that determine the optimal position of photovoltaic modules. It is proved that the best way to increase the energy efficiency of photovoltaic power plants is the use of automated solar tracking systems. The scientific and technical literature on the design, operation and modeling of tracking systems of photovoltaic plants is analyzed. The existing classifications of solar tracking systems are considered, and a new classification is proposed, which, unlike the existing one, takes into account the design of photovoltaic modules. Based on the results of the analysis of scientific and technical literature, the factors hindering the development of solar tracking systems have been identified. The main directions of improvement and development of tracking systems for photovoltaic plants are proposed, which will allow researchers to solve urgent problems of renewable energy.
Downloads
References
Renewable Energy Statistics 2022. – https://www.irena.org/publications/ 2022/Jul/Renewable-Energy-Statistics-2022 (дата обращения 20.02.2023).
Отчет о функционировании ЕЭС России. – https://www.so-ups.ru/functioning (дата обращения: 20.02.2023).
Decomposition based multiobjective evolutionary algorithm for PV/Wind/Diesel Hybrid Microgrid System design considering load uncertainty / H.R.E.-H. Bouchekara, M.S. Javaid, Y.A. Shaaban et al. // Energy Reports. 2021. Vol. 7. P. 52–69. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.11.102
Eriksson E.L.V. Optimization of renewable hybrid energy systems – A multi-objective approach. / E.L.V. Eriksson., E.M. Gray. // Renewable Energy. 2019. Vol. 133. P. 971–999. DOI: 10.1016/j.renene.2018.10.053
Эффективность солнечных электростанций на примере условий Республики Башкортостан / Р.А. Молчанова, И.В. Новоселов, Э.А. Абдуллина и др. // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 4. С. 25–32. DOI: 10.18635/2071-2219-2019-4-25-32
Кувшинов В.В. Использование фотоэлектрических модулей с двухсторонней приёмной поверхностью для установок малой генерации / В.В. Кувшинов, Э.А. Бекиров, Е.В. Гусева // Строительство и техногенная безопасность. – 2021. – № 20 (72). – С. 93–100. DOI: 10.37279/2413-1873-2021-20-93-100
Formulation and Data-Driven Optimization for Maximizing the Photovoltaic Power with Tilt Angle Adjustment. / W. Ye; M.S. Herdem; J.Z Li. et al. // Energies. 2022. Vol. 15. № 22. P. 1–20. DOI: 10.3390/en15228578
Optimization and performance of bifacial solar modules: A global perspective / X. Sun, M.R. Khan, C. Deline et al. // Applied Energy. 2018. Vol. 212. P. 1601–1610. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.12.041
Nageh M. Energy Gain between Automatic and Manual Solar Tracking Strategies in Large Scale Solar Photovoltaic System - 12 Cities Comparison. / M. Nageh, M.P. Abdullah, B. Yousef // 2021 IEEE International Conference in Power Engineering Application (ICPEA). Malaysia: IEEE. 2021. P. 121–126. DOI: 10.1109/ICPEA51500.2021.9417856
ГОСТ Р 57229-2016 (МЭК 62817:2014). Системы фотоэлектрические. Устройства слежения за Солнцем. Технические условия. – Введ. 2017-09-01. – М.: Стандартинформ, 2017. – 67 с.
A Review on Photovoltaic Systems: Mechanisms and Methods for Irradiation Tracking and Prediction / H. Loschi, Y. Iano, J. León. et al. // Smart Grid Renewable Energy. 2015. Vol. 6. P. 187–208. DOI: 10.4236/sgre.2015.67017
Fuentes-Morales R.F. Control algorithms applied to active solar tracking systems: A review / R.F. Fuentes-Morales, A. Díaz-Ponce, M.I. Peña-Cruz // Solar Energy. 2020. Vol. 212. P. 203–219. DOI: 10.1016/j.solener.2020.10.071
A Review on Solar Tracking System: A Technique of Solar Power Output Enhancement. / J. Ya’u Muhammad, M. Jimoh, I. Baba Kyari et al. // Engineering Science. 2019. Vol. 4, no. 1. P. 1–11. DOI: 10.11648/j.es.20190401.11
Evaluation of control strategies applied in small-scale photovoltaic solar tracking systems: a review / B.E. Tarazona-Romero, E.J. Plata-Pineda, C.L. Sandoval-Rodriguez et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 1253, no. 1. P. 1–17. DOI: 10.1088/1757-899X/1253/1/012017
Review on sun tracking technology in solar PV system. / A. Awasthi, A.K. Shukla, S.R. Murali Manohar et al. // Energy Reports. 2020. Vol. 6. P. 392–405. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.02.004
Technologies of solar tracking systems: A review / A.R. Amelia, Y.M. Irwan, I. Safwati et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2020. Vol. 767, no. 1. P. 1–10. DOI: 10.1088/1757-899X/767/1/012052
Овсянников Е.М. Особенности следящих электроприводов гелиоустановок // Труды Московского энергетического института. 1979. Т. 400. С. 79–85.
Овсянников Е.М. Электропривод энергетической гелиоустановки // Привод и управление. 2000. № 2. С.4–9.
Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б. Повышение основных технико-экономических показателей электроприводов гелиоустановок. // Материалы 49-ой международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных кадров». Часть 3. Международного научного симпозиума посвященного 140-летию МГТУ «МАМИ». 2005. С. 57–58. DOI: 10.17816/2074-0530-69794
Малоредукторный следящий электропривод для систем наведения / В.М. Терехов, Е.М. Овсянников, В.К. Цаценкин // Труды Московского энергетического института. 2000. Т. 976. С.46–58.
Сорокин Г.А. Потери энергии в электроприводе гелиоустановок // Вестник МЭИ. 2004. № 5. С. 45-47.
Турдзеладзе Д.А. Анализ динамических режимов следящих электроприводов гелиоустановок с учетом нелинейности момента сопротивления // Научные труды Грузинского политехнического института. 1987. № 3 (315). С. 107–110.
Аббасов Э. М., Аббасова Т. С. Исследование структуры и условий работы следящих электроприводов гелиоустановок // Промышленная энергетика. 2011. № 1. С. 45–49.
Аржанов К.В., Аржанова А.В. Двухкоординатный следяще-позиционный электропривод для фотоэлектрических установок // Труды XVII Международной конференции «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические Материалы и Компоненты». 2018. – С. 195-197.
Сологубов А. Ю., Кирпичникова И.М. Совокупность решений в области повышения эффективности электротехнических комплексов слежения за солнцем // Наука ЮУрГУ : материалы 72-й научной конференции. Секции технических наук. 2020. С. 391–399.
Солнечный трекер с системой самораскрытия / Г.Н. Рявкин, Е.В. Соломин, К. Мадемлис и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2021. Т. 21, № 1. С. 82–89. DOI: 10.14529/power210109
A Low-Cost Closed-Loop Solar Tracking System Based on the Sun Position Algorithm / M.E.H. Chowdhury, A. Khandakar, B. Hossain et al. // Journal of Sensors. 2019. Vol. 2019. P. 1–11. DOI: 10.1155/2019/3681031
Mohamed Redha Rezoug R.C. The Optimal Angles Of A Dual-Axis Tracking System By Pre-Programmed Method Using A Microcontroller. Zenodo. 2018. P. 710–726. DOI: 10.5281/zenodo.1207029
Global Techno-Economic Performance of Bifacial and Tracking Photovoltaic Systems. / C.D. Rodríguez-Gallegos, H. Liu, O. Gandhi et al. // Joule. 2020. Vol. 4, no. 7, P. 1514–1541. DOI: 10.1016/j.joule.2020.05.005
Large-Scale Bifacial PV Test Field Performance Compared to Simulations Using Commercially Available Software, Research-Based and Open Source Tools / N. Riedel-Lyngskær, D. Berrian, D. Alvarez Mira et al. // Proceedings of 37th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 2020. P. 1324–1329. DOI: 10.4229/EUPVSEC20202020-5CO.10.4
Global analysis of next-generation utility-scale PV: Tracking bifacial solar farms / M.T. Patel, M.S. Ahmed, H. Imran et al. // Applied Energy. 2021. Vol. 290. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.116478
The Solar Flower You Need to Experience – https://smartflower.com (дата обращения: 20.02.2023).
Design and Analysis of Solar Smartflower Simulation by Solidwork Program / T. Mulyana, D. Sebayang, Fildzah Fajrina et al. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2018. Vol. 343. P. 1–8. DOI: 10.1088/1757-899X/343/1/012019
Трекер «UST-AADAT» – http://ust.su/solar/catalog/trackers/3114/ (дата обращения: 05.05.2023).
Солнечный трекер «АD-5000» (система слежения за Солнцем) – https://www.alen-e.ru/products/19879295 (дата обращения: 05.05.2023).
Dual-Axis Solar Tracker for 15 panels – https://sat-control.net/15-panel-dual/ (дата обращения: 05.05.2023).
Optimized Single-Axis Schedule Solar Tracker in Different Weather Conditions. / N. Kuttybay, A. Saymbetov, S. Mekhilef et al. // Energies. 2020. Vol. 13, no. 19. P. 1–18. DOI: 10.3390/en13195226
Обухов С. Г. Выбор параметров и анализ эффективности применения систем слежения за солнцем / С.Г. Обухов, И.А. Плотников // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. № 10. С. 95–106. DOI 10.18799/24131830/2018/10/2109
Ikhwan M. Model predictive control on dual axis solar tracker using Matlab/Simulink simulation / M. Ikhwan, Mardlijah, C. Imron // 2018 International Conference on Information and Communications Technology (ICOIACT). Yogyakarta: IEEE. 2018. P. 784–788. DOI: 10.1109/ICOIACT.2018.8350791
A feasibility study of the 1.5-axis tracking model in utility-scale solar PV plants / J. Wong, F. Bai, T.K. Saha et al. // Solar Energy. 2021. Vol. 216. P. 171–179. DOI: 10.1016/j.solener.2020.12.035
Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Автоматизированная система управления небольшой солнечной электростанцией // Auditorium. 2017. № 3(15). С. 113–118.
Егоров В.А., Дадашова Ф.И. Система слежения за Солнцем для фотоэлектрической энергоустановки // Научно-технический вестник Поволжья. 2022. № 5. С. 113–116.
Оценка энергетического потенциала солнечной радиации региона с применением солнечного трекера / В.З. Манусов, Д.С. Ахьёев, М.Х. Назаров и др. // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2020. № 1(78). С. 189-203. DOI: 10.17212/1814-1196-2020-1-189-203
Горелова А. Ю., Камакшин Е.Е. Система автоматического слежения за солнцем // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2023. № 1(272). С. 49-53. DOI 10.35211/1990-5297-2023-1-272-49-53
A novel UV sensor-based dual-axis solar tracking system: Implementation and performance analysis / C. Jamroen, C. Fongkerd, W. Krongpha et al. // Applied Energy. 2021. Vol. 299. P. 1–17. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117295
Development of a machine vision dual-axis solar tracking system. / M. Abdollahpour, M.R. Golzarian, A. Rohani et al. // Solar Energy. 2018. Vol. 169. P. 136–143. DOI: 10.1016/j.solener.2018.03.059
Open hardware/software test bench for solar tracker with virtual instrumentation. / S. Motahhir, A.E. Hammoumi, A.E. Ghzizal et al. // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2019. Vol. 31. P. 9–16. DOI: 10.1016/J.SETA.2018.11.003
Design for manufacture and assembly of an intelligent single axis solar tracking system. P. Munanga, S. Chinguwa, W.R. Nyemba et al. // Procedia CIRP. 2020. Vol. 91. P. 571–576. DOI: 10.1016/j.procir.2020.03.109
Jasim B. An Origami-Based Portable Solar Panel System / B. Jasim, P. Taheri // 2018 IEEE 9th Annual Information Technology, Electronics and Mobile Communication Conference (IEMCON). Vancouver, BC: IEEE. 2018. P. 199–203. DOI: 10.1109/IEMCON.2018.8614997
Design and Implementation of Three-Axis Solar Tracking System with High Efficiency / M. R. Haider, A. Shufian, M. N. Alam et al. // 2021 International Conference on Information and Communication Technology for Sustainable Development (ICICT4SD). Dhaka, Bangladesh: IEEE. 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/ICICT4SD50815.2021.9396779
Аржанов К.В. Повышение энергетической эффективности систем наведения солнечных батарей на Солнце // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научно-практической конференции. 2015. № 1-1. С. 225–229.
Системы слежения за солнцем / М.В. Китаева, А.В. Юрченко, А.В. Скороходов, А.В. Охорзина // Вестник науки Сибири. 2012. № 3(4). С. 61–67
Первичная апробация автоматизированного двухкоординатного солнечного трекера в климатических условиях Оренбургской области как перспектива создания программно-аппаратного комплекса / С.В. Митрофанов, А.Ю. Немальцев, Д.К. Байкасенов // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 7-9(255-257). С. 43–54. DOI: 10.15518/isjaee.2018.07-09.043-054
Abhilash P. Solar powered water pump with single axis tracking system for irrigation purpose / P. Abhilash, R.N. Kumar, R.P. Kumar // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 39. P. 553–557. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.336
Разработка трекера для позиционирования солнечных панелей / В.С. Залесский, А.С. Кузнецов, К.В. Матяш // Сетевой научный журнал ОрелГАУ. 2017. № 1(8). С. 84–86.
Ильин В.Ю., Мочалов В.И. Солнечный трекер на платформе Arduino // Наука молодых : Сборник научных статей участников XI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2018. С. 185–187. DOI: 10.17816/dv37188
Автоматизированный сервопривод солнечного трекера на базе микроконтроллера Arduino Nano / А.М. Марков, А.А. Макеенко, М.О. Маркелов // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Технические науки. 2018. № 8. С. 70–82.
Zhang J. Error analysis and auto correction of hybrid solar tracking system using photo sensors and orientation algorithm. / J. Zhang, Z. Yin, P. Jin // Energy. 2019. Vol. 182. P. 585–593. DOI: 10.1016/j.energy.2019.06.032
SOLPOS Calculator – https://midcdmz.nrel.gov/solpos/solpos.html (дата обращения: 20.02.2023).
Mao K. Design of ARM-Based Solar Tracking System / K. Mao, F. Lin, I.R. Ji // 2018 37th Chinese Control Conference (CCC). 2018. P. 7394–7398. DOI: 10.23919/ChiCC.2018.8483773
Kang H. A new approach for developing a hybrid sun-tracking method of the intelligent photovoltaic blinds considering the weather condition using data mining technique. / H. Kang, T. Hong, M. Lee // Energy and Buildings. 2020. Vol. 209. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109708
Guilherme Toginho D. Analysis of the Solar Tracking System for a Mobile Robot Prototype. / D. Guilherme Toginho, A. Archela, L. Flávio de Melo // IntechOpen. 2020. P. 1–13. DOI: 10.5772/intechopen.90436
Safan Y.M. Hybrid control of a solar tracking system using SUI-PID controller. / Y.M. Safan, S. Shaaban, M.I.A. El-Sebah // 2017 Sensors Networks Smart and Emerging Technologies (SENSET). Beirut: IEEE. 2017. P. 1–4. DOI: 10.1109/SENSET.2017.8125035
Developing a dual axis photoelectric tracking module using a multi quadrant photoelectric device. / M.I. Bharathi, V. Bhatt, V.V. Ravi Kumar et al. // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 1426–1439. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.07.095
Development and Accuracy Assessment of a High-Precision Dual-Axis Pre-Commercial Solar Tracker for Concentrating Photovoltaic Modules. / M. Angulo-Calderón, I. Salgado-Tránsito, I. Trejo-Zúñiga et al. // Applied Science. 2022. Vol. 12, P. 2–21. DOI: 10.3390/app12052625
Сологубов А.Ю., Кирпичникова И.М. К вопросу о переходе координатных приводов систем слежения за солнцем на новые типы электрических машин // Наука ЮУрГУ : материалы 70-й научной конференции. Секции технических наук. 2018. С. 496-503.
Laseinde T., Ramere D. Low-cost automatic multi-axis solar tracking system for performance improvement in vertical support solar panels using Arduino board // International Journal of Low-Carbon Technologies. Vol. 14, no. 1. 2019. P. 76–82. DOI: 10.1093/ijlct/cty058
A Review of Time-Based Solar Photovoltaic Tracking Systems / A. Musa, E. Alozie, S.A. Suleiman et al. // Information. 2023. Vol. 14, no 4. P. 1–32. DOI: 10.3390/info14040211