Πειραματική διερεύνηση της επίδρασης της ανακλαστικότητας του εδάφους στην ενεργειακή παραγωγή των φωτοβολταϊκών πλαισίων

Τρίχος, Νικόλαος

Experimental investigation of the ground albedo effect on the energy production of photovoltaic panels

Διπλωματική εργασία

Author

Τρίχος, Νικόλαος

Date

2024-10-15

Advisor

Kavadias, Kosmas

Διπλωματική Εργασία (6.807Mb)

Keywords

Ηλιακή ακτινοβολία ; Φωτοβολταϊκά συστήματα ; Λευκαύγεια ; Ανακλαστικότητα ; Αλμπιντόμετρο

Abstract

Η παρούσα μελέτη εξετάζει την επίδραση της ανακλαστικότητας του εδάφους στην ενεργειακή παραγωγή των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, και ειδικά η ηλιακή ενέργεια, φαίνεται να προτιμώνται όλο και περισσότερο σε διεθνές επίπεδο, σύμφωνα με φορείς που το επιβεβαιώνουν διαρκώς. Η ανάγκη για τη βελτιστοποίηση των συστημάτων βρίσκεται στο προσκήνιο καθώς η επιστημονική κοινότητα επικεντρώνεται τα φωτοβολταϊκά διπλής όψης, αγνοώντας τα μονής όψης. Παρόλα αυτά υπάρχει εγκατεστημένη ισχύς φωτοβολταϊκών η οποία μπορεί να βελτιστοποιηθεί λαμβάνοντας υπόψιν την λευκαύγεια. Το ποσοστό της ηλιακής ενέργειας, το οποίο φτάνει στη Γη με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, έχει ένα ποσοστό το οποίο προσπίπτει στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού με την άμεση ακτινοβολία αλλά και ένα ποσό που φτάνει στην επιφάνεια του μέσω της διάχυτης ακτινοβολίας, που μπορεί και να οφείλεται στην ανακλώμενη από το έδαφος ακτινοβολία. Έπειτα αυτή απορροφάται και μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από το φωτοβολταϊκό στοιχείο. Η διερεύνηση εξετάζει στην επίδραση της λευκαύγειας και της ανακλαστικότητας του εδάφους στην απόδοση των μονής όψης φωτοβολταϊκών συστημάτων. Εξετάστηκαν διαφορετικά ανακλαστικά υλικά, όπως λευκό PVC, χλοοτάπητας PP και το δώμα του κτηρίου της εγκατάστασης. Τα αποτελέσματα που εξήχθησαν παρουσιάζουν τον βαθμό απόδοσης του φωτοβολταϊκού συστήματος να επηρεάζεται από την ανακλαστικότητα της επιφάνειας, με το λευκό PVC να εμφανίζει τη μεγαλύτερη απόδοση, ακολουθούμενο από το δώμα του κτηρίου και τέλος τον συνθετικό χλοοτάπητα ομοίως με την παραγόμενη ενέργεια του συστήματος που έχει τη μεγαλύτερη παραγωγή με το λευκό PVC. Επιπρόσθετα παρατηρήθηκε ότι η ανακλαστικότητα του εδάφους λαμβάνει τη μέγιστη τιμή της τις πρωινές ώρες και ο βαθμός απόδοσης του φωτοβολταϊκού συστήματος τις μεσημεριανές. Συνοψίζοντας, η παρούσα διερεύνηση συμβάλλει στην κατανόηση της ζώνης επίδρασης ενός ανακλαστικού υλικού στην ενεργειακή παραγωγή και τα ενεργειακά οφέλη που έχει το σύστημα δημιουργώντας προοπτικές για περαιτέρω έρευνα και εφαρμογές στο υπό μελέτη πεδίο.

Abstract

This study examines the effect of soil reflectivity on the energy production of photovoltaic panels. Renewable energy sources, especially solar energy, seem to be increasingly preferred at the international level, according to bodies that constantly confirm this. The need to optimise systems is at the forefront as the scientific community explores double-sided photovoltaics, ignoring single-sided ones. Nevertheless, there is installed PV capacity that can be optimised by taking into account the whiteness. Solar energy, which reaches the Earth in the form of electromagnetic radiation, has a proportion that reaches the surface of the photovoltaic in the form of direct radiation and an amount that reaches the surface through diffuse radiation, which may also be due to radiation reflected from the ground. This is then absorbed and converted into electricity by the photovoltaic cell. This investigation looks into the effect of soil whiteness and reflectivity on the performance of single-sided photovoltaic systems. Different reflective materials such as white PVC, PP turf and the roof of the facility building were examined. The results extracted show the efficiency of the PV system to be affected by the surface reflectivity, with white PVC showing the highest efficiency, followed by the roof of the building and finally the synthetic turf similarly with the system energy output having the highest output with white PVC. In addition, it was observed that the reflectivity of the soil takes its maximum value in the morning hours and the efficiency of the photovoltaic system in the midday hours. In summary, this investigation contributes to the understanding of the zone of influence of a reflective material on energy production and the energy benefits of the system, creating prospects for further research and applications in the field under study.