Підвищення ефективності використання сонячної енергії шляхом застосування динамічних панелей на фасадах будівель
Автор: Валько Мар'ян Любомирович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: АНОТАЦІЯ Валько М.Л., Пізнак Б.І. (керівнк). Підвищення ефективності використання сонячної енергії шляхом застосування динамічних панелей на фасадах будівель.- Магістерська кваліфікаційна робота.- Національний університет «Львівська політехніка», Львів - 2021. Розширена анотація. В даній магістерській кваліфікаційній роботі розглядається ряд рішень, на меті яких є подолання проблеми низької ефективності фотоелектричних систем для отримання електроенергії. Особливостями яких є монтування в обмеженому просторі, а саме на фасаді будівлі чи споруди, себто поєднання конструктивно-архітектурної та естетичної функції з поглинанням та перетворенням модулями енергії сонця та її трансформування в електричну енергію. Вивчається потенціал відновлюваних джерел енергії різних видів, описуються різновиди сонячних систем, виконується моделювання та симуляція роботи двох варіантів систем – статично встановленої з кутом нахилу 45? (варіант 1) та системи з динамічних сонячних панелей з актуалізацією кута по горизонтальній осі (варіант 2). Актуальні дані з енергетичної сфери нашої держави вказують на необхідності впровадження змін у галузі та знаходження балансних рішень для розвитку позитивних тенденцій з точки зору екології, енергетики та економіки. Вирішення описаних у роботі аспектів та не тільки, стає можливим шляхом структурованого приведення стану енергетичного балансу держави, до актуальних вимог, в яких значну частину повинні займати енергоносії, продуковані за допомогою еко-безпечних систем, як джерел енергії. Застосування фотоелектричних панелей (ФЕП) є цілком перспективним з точки зору отримання енергії сонця, та її наступним перетворенням в системах ФЕП в електричну енергію. До переваг систем з ФЕП відносять раціональний вжиток природних ресурсів та зменшення впливу негативних факторів від техногенної складової на довкілля. Розбір даних середньої в році величини сумарної сонячної інсоляції, що припадає на терени України є достатньою для ствердження ефективного застосування фотоелектричних систем, як прогресивного ужитку потенціалу сонячної радіації. Враховуючи, що сонячна енергогенерація налічує ряд вагомих переваг, як то суттєве зменшення техногенного навантаження на довкілля, не потребує енергоресурсів та за даними середньорічної радіації для України, що підтверджують ефективність застосування СЕС, запропоновано нарощування потужностей систем з фотоелектричними перетворювачами, для побутового та промислового використання. Враховуючи їх безпечність та надійність, а в перспективі економію значної величини палива, як на окремих, так і на комбінованих відновлювально-традиційних системах. Світові тенденції екологічної політики вказують на необхідності зниження викидів та стабілізації концентрації СО2 в атмосфері, що наштовхує докласти більше зусиль для застосування сонячної енергетики, замість використання вугілля та нафти. Потрібно вирішувати важливе питання залучення коштів та європейських програм, для ефективних індивідуальних чи гібридних сонячних рішень. Базуючись на даних «Міжнародного агентства поновлюваних джерел енергії» (IRENA) та «Інституту електротехніки та електроніки» (IEEE), Україна може знизити частку традиційних систем з високими викидами шкідливих речовин та газів, екологічно безпечними, широко доступними, технологічно ефективними, не забруднюючими довкілля, безкоштовними видами енергії, різновидом якої є розглянуті в роботі фотоелектричні панелі. Для вибору системи потрібно розкрити особливості конструкції фотоелектричних модулів та їх основні види, провести порівняльну характеристику та виконати дослідження роботи таких систем, з урахуванням вимог до конструкцій, на кшталт відведення надлишкового тепла та захисту від довкілля. Виходити з особливостей встановлення систем, кута нахилення поверхні та раціональної орієнтації, для поглинання максимальної величини сонячної радіації впродовж року. Врахувати переваги та недоліки кожного з видів модулів. Критеріями при підборі панелей є оптимальний взаємозв’язок продуктивності та ціни елемента. Однак, до цих орієнтирів потрібно додати місце розміщення та форму поверхні для монтажу, нехтування останніми призводить до зниження довговічності та продуктивності системи. Таким чином, для проведення порівняння та аналізу ефективності, вибрано технологію інтегрування фотоелектрики в конструкцію будівлі, зі застосуванням динамічного позиціонування по горизонтальній осі. Технологічний розвиток будівельної інтегрованої фотоелектрики (BIPV) перетворив фасад будівлі на генератор на основі поновлюваних джерел енергії. Фасад BIPV розроблений для забезпечення виробництва енергії разом із загальноприйнятими цілями дизайну, такими як естетика та контроль навколишнього середовища. Ці системи добре інтегровані як для виробництва енергії, так і для естетичних застосувань, в деяких випадках збільшуючи вихідну потужність систем до 80%. Для порівняння ефективності генерації енергії, виконано моделювання та симуляцію роботи фотоелектричних системи зі статичним монтажем під кутом нахилу рівним 45? (1-й варіант) та системи з динамічного позиціонування панелей інтегрованих у конструкцію фасаду будівлі (2-й варіант). Проаналізовано отримані дані, упорядковано і відображено відмінності та зростання ефективності через використання обраного варіанту сонячної системи. При якому зміна положення по горизонталі дає змогу ефективної генерації енергії протягом року. В результаті впровадження системи з динамічних фотоелектричних панелей, продуктивність протягом року зросла на 26,1%. З результатів розрахунків практичного застосування, встановлено, що в ХПР дані системи можна використовувати для часткового зниження витрат на електроенергію в СО. У ТПР запроектована статична СЕС не змогла б сповна покрити споживану енергію в СКП. Проте варіант з динамічними панелями надав фактично повне забезпечення для СКП протягом усього ТПР. Ключові слова: сонячна енергетика, ефективність, відновлювані джерела енергії, альтернативна енергетика, фасади будівель, динамічні сонячні панелі, сонячна радіація, фотоелектричні панелі, фотовольтаїка.