Исследователи TU Delft разработали новый подход для быстрого и точного расчета потенциала солнечной энергии поверхностей в городской среде. Новый подход может значительно помочь архитекторам и градостроителям включить фотоэлектрические (солнечные) технологии в свои проекты. Результаты были представлены в понедельник, 4 февраля, в журнале Nature Energy..
Здания, деревья и другие конструкции в городских районах вызывают затенение солнечных модулей, что сильно влияет на производительность фотоэлектрической системы. Точная оценка этой производительности и соответствующей цены/производительности фотоэлектрических систем облегчит их интеграцию в городскую среду.
Для моделирования выработки энергии фотоэлектрическими системами доступно несколько инструментов. Эти инструменты основаны на математических моделях, определяющих энергетическое излучение, падающее на солнечные модули. Повторяя расчет падающей радиации в течение года, инструменты получают годовое облучение, получаемое модулями. Однако точно определить, сколько электроэнергии вырабатывает фотоэлектрическая система в городской среде, непросто. Текущие симуляции требуют больших вычислительных ресурсов, поскольку необходимо учитывать динамическое затенение окружающих объектов, вызванное годовым движением солнца.
Два параметра
Новый подход упрощает расчеты и позволяет пользователю выполнять быструю оценку потенциала солнечной энергии для крупных городских территорий с сохранением высокой точности. Он основан на корреляции между профилем горизонта и годовой радиацией, полученной в конкретном городском месте. Этот метод объясняется и подтверждается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy. Исследование показывает, что общее годовое солнечное излучение, полученное выбранной поверхностью в городской среде, может быть определено количественно с использованием двух параметров, полученных из профиля линии горизонта: 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 можно легко и быстро получить из профиля линии горизонта. Исследование показывает, что использование этих двух параметров значительно снижает вычислительную сложность задачи.
Набор инструментов программного обеспечения
Андрес Калькабрини, аспирант кафедры устойчивой энергетики, разработал новый подход под руководством доктора Олиндо Изабеллы и профессора Миро Земана. Группа Photovoltaic Materials and Devices (PVMD) уже интегрировала этот подход в программный набор инструментов, который может точно рассчитать выход энергии фотоэлектрических систем в любом месте. Олиндо Изабелла, глава группы PVMD: «Наш быстрый подход, интегрированный в программные инструменты для расчета потенциала солнечной энергии, может значительно облегчить проектирование и размещение зданий с интегрированными фотоэлектрическими системами в рамках городского планирования. Это также поможет инвесторам принимать решения об интеграции Фотоэлектрические системы в зданиях и других городских объектах."
Это исследование было проведено в рамках программы Solar Urban Делфтского технологического университета.