12.02.2019
Новый подход к быстрой оценке потенциала солнечной энергии в условиях мегаполиса
Исследователи TU Delft (Технологического университета Делфта) разработали новый подход для быстрого и точного расчета потенциала солнечной энергии поверхностей в условиях мегаполиса. Новый подход гарантированно поможет архитекторам и планировщикам максимально эффективно использовать солнечную энергию в своих проектах. Результаты исследования были представлены 4 февраля, в журнале Nature Energy.
Работа, выполненная в группе PVMD, может быть использована для расчета солнечного фотоэлектрического энергетического потенциала зданий в сложных городских ландшафтах. На изображении показаны результаты модели, примененной к выбранным фасадам и крышам зданий в городе Бостон, штат Массачусетс.
Здания, деревья и другие сооружения в городских районах бросают тени на солнечные модули, и это отрицательно влияет на их производительность. Точная оценка этих характеристик и соотношения цена / производительность фотоэлектрических систем сделает процесс их интеграции в городскую среду значительно проще.
Уже доступно сразу несколько инструментов для моделирования производительности фотоэлектрических систем. Эти инструменты основаны на математических моделях, которые определяют степень освещенности солнечных модулей. Повторяя расчет интенсивности облучения в течение года, инструменты обеспечивают ежегодное облучение, полученное модулями.
Однако крайне сложно точно определить, сколько электроэнергии вырабатывают фотоэлектрические установки в условиях мегаполисов. Текущее моделирование становится вычислительно требовательным, поскольку необходимо учитывать динамическое затенение окружающих объектов, вызванное ежегодным движением солнца.
Новый подход от TU Delft упрощает расчеты и позволяет пользователю быстро оценить потенциал солнечной энергии для обширных городских территорий, сохраняя при этом высокую точность. Он основан на корреляции между профилем горизонта и годовым облучением, полученным в конкретной точке города. Этот метод объясняется и подтверждается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy.
Исследование демонстрирует, что общее годовое солнечное излучение, полученное выбранной поверхностью в городской среде, может быть количественно оценено с использованием двух параметров, которые получены из профиля горизонта: это коэффициент обзора неба и коэффициент покрытия солнцем.
В то время как первый параметр используется для оценки облучения от компонента рассеянного солнечного света, второй параметр указывает на облучение от компонента прямого солнечного света. Эти два параметра могут быть легко и быстро получены из профиля горизонта. Исследование показывает, что использование этих двух параметров значительно снижает вычислительную сложность задачи.
Андрес Калькабрини, аспирант кафедры электрической устойчивой энергетики, разработал новый подход под руководством доктора Олиндо Изабеллы и профессора Миро Земана. Группа «Фотоэлектрические материалы и устройства» (PVMD) уже интегрировала этот подход в программный инструментарий, который может точно рассчитать, сколько именно энергии произведут солнечные установки в любом месте.
Олиндо Изабелла, руководитель группы PVMD: «Наш подход, интегрированный в программные инструменты для расчета потенциала солнечной энергии, может значительно облегчить проектирование и распределение зданий с интегрированными фотоэлектрическими системами в рамках градостроительного планирования. Это также поможет инвесторам принимать решения об интеграции фотоэлектрических систем в здания и другие городские объекты».
Исследование было проведено в рамках программы Solar Urban Технологического университета Делфта.