Разработка математической модели для определения оптимального угла наклона солнечных коллекторов на примере умеренно континентального климата Омской области

В статье представлены результаты исследования влияния угла наклона солнечных коллекторов на долю восприятия солнечной радиации в условиях умеренно континентального климата на примере Омской области. Разработан программный комплекс на языке Python, основанный на математиче­ской модели, преобразующей значение суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверх­ности в эффективное энергопоступление на наклонную поверхность. Полученные эффективные зна­чения используются для определения оптимального угла наклона, обеспечивающего максимальное поступление энергии с учетом климатических и географических особенностей. Приведены результа­ты расчета оптимального угла наклона тепловоспринимающей поверхности коллектора для г. Омска в разрезе теплого и холодного периодов. На основе представленных результатов выполнен сравни­тельный анализ суммарной солнечной радиации при оптимальных углах, рассчитанных программой, и углах, рекомендованных нормами проектирования. Полученные сведения могут быть использова­ны для определения технико-экономических затрат при реализации новых проектов с более высокой энергоэффективностью.

1. Об утверждении Стратегии пространственного разви­тия Российской Федерации на период до 2030 года с прогно­зом до 2036 года: распоряжение от 28 декабря 2024 г. № 4146-р. Доступ из справочно-правовой системы «Гарант Плюс».

2. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Акту­ализированная редакция СНИП 23-01-99. Введ. 01–01–2013. Москва: Минстрой России, 2015. 124 с.

3. Научно-прикладной справочник «Климат России». URL: http://aisori-m.meteo.ru/climsprn/faces/shabdocs/Part_0.xhtml (дата обращения: 12.01.2025).

4. ВСН 52–86. Установки солнечного горячего водоснаб­жения. Нормы проектирования. Введ. 01–07–1987. Москва: Госгражданстрой, 2000. 16 с. VSN 52–86.

5. ГОСТ Р 51595–2000. Нетрадиционная энергетика. Сол­нечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие техниче­ские условия. Введ. 01–01–2001. Москва: Изд-во стандартов, 2002. 8 с.

6. Liu B. Y. H., Jordan R. C. Daily insolation on surfaces tilted towards the equator. ASHRAE Journal. 1961. Vol. 3, no. 10. P. 53.

7. Ekadewi A. H., Djatmiko I. P. The optimal tilt angle of a solar collector. Energy Procedia. 2013. No. 32. P. 166. DOI: 10.1016/j.egypro.2013.05.022.

8. Телегин В. В. Повышение эффективности функциони­рования систем электроснабжения предприятий ограничен­ной мощности с использованием альтернативных источников энергии: автореф. дис. … канд. техн. наук. Липецк, 2014. 179 с.

9. Jamil M. A., Tiwari G. N. Optimization of tilt angle of solar collector to receive maximum radiation. Open Renewable Energy Journal. 2009. No. 2. P. 19. DOI: 10.2174/1876387100902010019.

10. Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В., Кузнецова В. А. [и др.]. Солнечная энергетика. Москва: Изд-во МЭИ, 2011. 276 с. ISBN 978-5-383-00608-5. EDN: QMLHZD.

11. Shyam S. Ch., Rajeev K. A. Estimation of hourly solar radiation on horizontal and inclined surfaces in Western Himalayas. Smart Grid and Renewable Energy. 2011. No. 2. P. 45. DOI: 10.4236/sgre.2011.21006.

12. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем сол­нечного теплоснабжения / перевод с англ. Г. А. Гухман, С. И. Смирнова. Москва: Энергоиздат, 1982. 80 с.

13. Коновалов Ю. В., Хазиев А. Н. Программа расчета солнечной инсоляции в среде MATLAB/SIMULINK // Вест­ник Ангарского государственного технического университета. 2021. № 15. С. 66–70. EDN: MVUYUM.

14. Степанов В. М., Горелов Ю. И., Пахомов С. Н. Ана­лиз способов повышения эффективности функционирования солнечных батарей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 12. С. 17–23. EDN: YTEJUL.

15. Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS). URL: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/#MR (accessed: 17.01.2025).

16. The NASA surface meteorology and solar energy data set. URL: https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/ (accessed: 17.01.2025).

17. Очков В. Ф., Орлов К. А., Чудова Ю. В. [и др.]. Ин­формационные технологии в инженерных расчетах: SMath и Python. Санкт-Петербург, 2023. 212 с. ISBN 978-5-507-45821-9.

18. Даус Ю. В. Определение оптимального угла наклона панелей солнечных энергоустановок в условиях Ростовской области // Известия высших учебных заведений. Северо-Кав­казский регион. Технические науки. 2016. № 2 (190). С. 67–71. DOI: 10.17213/0321-2653-2016-2-67-71. EDN: WFBSNF.

19. Метеорологическая база данных OpenWeatherMap. URL: https://openweathermap.org/ (дата обращения: 19.01.2025).

20. Метеорологическая база данных Яндекс. URL: https://yandex.ru/pogoda/b2b/console/home (дата обращения: 19.01.2025).