• Energy Research
• Institutional Repository of Ivano-F... close

The work is devoted to the investigation of the effectiveness of the coordinate search methods for solving the problem of finding the position of the solar panels, in which the greatest power of the produced current is achieved. The existing solutions in the market of sun surveillance systems (solar trackers) are analyzed. The advantages and disadvantages of such systems are presented in comparison with fixed panels. It is proposed to improve the hardware and software for research of the solar panels efficiency, developed by the authors and highlighted in the previous works, by integrating the program realization of the algorithm of coordinate search of the maximum power of solar panels into the existing. For this purpose, the efficiency of three algorithms for coordinate search of the maximum, namely, the method of coordinate ascending, the Huck-Jeeves method and the Rosenbrock method, was studied in three parameters. Experiments were carried out on data obtained both experimentally using the lab stand for solar panel efficiency research, and by generation using mathematical model of the solar panel efficiency dependance on the angle of radiation, described in previous works. TThe results of experiments are analyzed, which showed a fundamental difference between the work of coordinatewise search algorithms on a mathematical model and experimental data. The main indicators of the efficiency of algorithms are substantiated on the basis of the meteorological conditions in which the measurement was carried out for the formation of experimental data. Conclusions are drawn regarding the efficiency of using these coordinate-based search methods for solving the problem of finding the optimal position of solar panels. Further prospects for research on this topic and the possibility of using coordinate-wise search methods in software of solar panels with a biaxial orientation on the position of the Sun are given. Робота присвячена доcлідженню ефективності методів покоординатного пошуку для вирішення задачі знаходження позиції сонячних панелей, в якій досягається найбільша потужність продукованого струму. Проаналізовано існуючі рішення на ринку систем слідкування за сонцем (сонячних трекерів), наведено переваги та недоліки таких систем в порівнянні з фіксованим кріпленням панелей. Запропоновано удосконалити розроблене авторами апаратне та програмне забезпечення з дослідження ефективності функціонування сонячних панелей, висвітлене в попередніх роботах, інтегрувавши в систему програмну реалізацію алгоритму покоординатного пошуку максимуму потужності сонячних панелей. З цією метою, було досліджено ефективність за трьома показниками трьох алгоритмів покоординатного пошуку максимуму, а саме - методу покоординатного підйому, методу Хука-Дживса та методу Розенброка. Експерименти проводилися на даних, отриманих як експериментальним шляхом з допомогою лабораторного стенду дослідження ефективності сонячних панелей в залежності від кута падіння сонячних променів, так і згенерованих математичною моделлю залежності ефективності сонячної панелі від кута випромінювання, описаною в попередніх роботах. Проаналізовано результати експериментів, які показали принципову відмінність роботи алгоритмів покоординатного пошуку на математичній моделі та експериментальних даних. Обгрунтовано основні отримані показники ефективності алгоритмів, виходячи з метеорологічних умов, в яких здійснювались вимірювання для формування експериментальних даних. Зроблено висновки щодо ефективності використання даних методів покоординатного пошуку для вирішення задачі знаходження оптимальної позиції сонячних панелей. Наведено подальші перспективи досліджень за даною темою та можливості використання методів покоординатного пошуку в програмному забезпеченні сонячних панелей з двовісною орієнтацією за позицією Сонця.

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. 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. 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 была проведена разработка программного обеспечения для исследования изменения мощности солнечных панелей от угла падения лучей, что является актуальной задачей в решении проблемы повышения эффективности функционирования средств генерации «зеленой» электроэнергии, в частности солнечных электростанций. Для этого, была проанализирована проблема исследования эффективности применения солнечных панелей в фиксированной позиции и на подвижном креплении, сформированы цель и задачи исследования. Выбрано средства для реализации программного обеспечения и приведены их преимущества при решении данной задачи. Проведены эксперименты по исследованию зависимости мощности производимого солнечной панелью тока в зависимости от позиции солнечной панели, приведен алгоритм работы программного обеспечения. Проведена обработка полученных результатов с целью получения отфильтрованного графического образа, представленного в виде матрицы значений. Для этого проведено сравнение методов фильтрации значений матрицы от промахов и сглаживания локальных максимумов. Также, методами интерполяции обработанные изображения были приведены до заданного размера. Приведен конечный результат в виде рисунков поверхностей на основании матричных значений. Сформулированы дальнейшие перспективы применения полученных данных для решения научно-практических задач в области солнечной энергетики и приведены направления дальнейших исследований. Результаты работы будут использованы в дальнейших исследованиях по сравнению эффективности применения солнечных панелей в фиксированной позиции и на подвижном креплении. В роботі було проведено розроблення програмного забезпечення для дослідження зміни потужності сонячних панелей від кута падіння променів, що є актуальною задачею у вирішенні проблеми підвищення ефективності функціонування засобів генерації «зеленої» електроенергії, зокрема сонячних електростанцій. Для цього, було проаналізовано проблему дослідження ефективності застосування сонячних панелей у фіксованій позиції та на рухомому кріпленні. Сформовано мету та задачі дослідження. Вибрано засоби для реалізації програмного забезпечення та наведено їх переваги при вирішенні даної задачі. Проведено експериментальні дослідження залежності потужності продукованого сонячною панеллю струму в залежності від позиції сонячної панелі, наведено алгоритм роботи програмного забезпечення. Проведено обробку отриманих результатів з метою отримання відфільтрованого графічного образу, представленого у вигляді матриці значень. Для цього здійснено порівняння методів фільтрації значень матриці від промахів та згладжування локальних максимумів. Також, приведено опрацьовані зображення до заданого розміру методами інтерполяції. Наведено кінцевий результат у вигляді рисунків поверхонь на основі матричних значень. Сформульовано подальші перспективи застосування отриманих даних для вирішення науково-практичних задач в галузі сонячної енергетики та наведено напрямки подальших досліджень. Результати роботи будуть використані в подальших дослідженнях з порівняння ефективності застосування сонячних панелей у фіксованій позиції та на рухомому кріпленні. In this work, software was developed to study the change in the power of solar panels from the angle of incidence of solar light, which is an urgent task in solving the problem of improving the efficiency of the means of generating "green" electricity, in particular solar power plants. For this, the problem of researching the effectiveness of using solar panels in a fixed position and on a mobile mount was analyzed, and the purpose and objectives of the study were formed. The means for the implementation of the software have been selected and their advantages are given for solving this task. Experiments were conducted to study the dependence of the power produced by the solar panel current, depending on the position of the solar panel, the algorithm of the software is given. The obtained results were processed in order to obtain a filtered graphic image presented as a matrix of values. For this purpose, methods of filtering the values of the matrix from misses and smoothing local maxima are compared. Also, interpolation methods were used to process the processed images to a specified size. The final result is given in the form of surface patterns based on matrix values. Further prospects for applying the obtained data to solving scientific and practical problems in the field of solar energy are formulated and areas for further research are given. The results of the work will be used in further studies comparing the effectiveness of using solar panels in a fixed position and on a movable mount.