omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-192-91-99CEQYVRomna-112Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGПроектирование и моделирование фотоэлектрических систем с помощью программного обеспечения PVsystemDesign and simulation of photovoltaic systems using PVsystem softwareКосарева-ВолодькоО. В.Kosareva-VolodkoO. V.

КОСАРЕВА-ВОЛОДЬКО Ольга Владимировна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры энергетики и энергоэффективности горной промышленности 

 г. Москва

AuthorID (РИНЦ): 352831

AuthorID (SCOPUS): 57207833888

KOSAREVA-VOLODKO Olga Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Energy and Energy Efficiency of the Mining Industry Department

Moscow

AuthorID (RSCI): 352831

AuthorID (SCOPUS): 57207833888

https://orcid.org/0009-0001-6656-7961Маман КабируАлилу СаниMaman KabiruAlilu Sani

АЛИЛУ САНИ МАМАН КАБИРУ, аспирант кафедры энергетики и энергоэффективности горной промышленности

 г. Москва

ALILU SANI MAMAN KABIRU, Graduate Student of Energy and Energy Efficiency of the Mining Industry Department

Moscow

halilousani4@gmail.comНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation202430122024049199Copyright © Косарева-Володько О.В., Маман Кабиру А., 20242024Косарева-Володько О.В., Маман Кабиру А.Kosareva-Volodko O.V., Maman Kabiru A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/112

Солнечная фотоэлектрическая энергия является одним из наиболее существующих и быстро растущих возобновляемых источников энергии, который имеет практическое применение в нескольких областях благодаря своей высокой доступности, огромному потенциалу и экологической совместимости. По сравнению с другими источниками энергии наблюдается значительный рост использования фотоэлектрической энергии в мире. Такое массовое использование фотоэлектрической энергии обусловлено простотой процесса преобразования, поскольку солнечное излучение напрямую преобразуется в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических элементов. Кроме того, фотоэлектрические системы производят чистую энергию и не загрязняют окружающую среду, тем самым способствуя борьбе с глобальным потеплением. Фотоэлектрическая энергия требует меньшего обслуживания, поскольку из-за отсутствия механических компонентов ее можно легко интегрировать в электрическую сеть. Фотоэлектрические модули предназначены для выработки максимальной мощности при воздействии солнечного излучения. Но на их производительность влияют многие параметры, такие как температура и солнечное излучение. На производительность фотоэлектрических систем также влияют внешние факторы окружающей среды, такие как загрязнение. Для оптимизации производства энергии используются солнечные трекеры MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Целью данного исследования является предложение эффективного метода проектирования и моделирования фотоэлектрической электростанции мощностью 11 МВт, подключенной к национальной сети Нигера, с использованием программного обеспечения PVsyst.

Метод: выбор типа системы (системы, подключенной к сети), географического расположения места установки с использованием базы данных программного обеспечения. Затем следует ориентация фотоэлектрической системы, выбор технологии фотоэлектрической системы (фотоэлектрические панели, инверторы, трансформаторы и т. д.) и их калибровка, изучение детальных потерь (потери системы, потери в проводах и потери массива) и выполнение команды для моделирования системы. Результаты: разработана проектно-имитационная модель фотоэлектрической электростанции мощностью 11 МВт, состоящая из 29120 фотоэлектрических панелей мощностью 385 Вт каждая, 133 трекера MPPT и инвертора мощностью 66 кВт переменного тока каждый и трансформатора среднего напряжения мощностью 11 МВт. Проект был смоделирован, и полученные результаты проанализированы.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты уже отправлены в кабинет президента Нигера (департамент энергетики) для проверки и практического внедрения. Проектирование и моделирование фотоэлектрической системы с использованием программного обеспечения PVsysts позволяет инженерам, ученым и исследователям приобрести навыки проектирования и моделирования фотоэлектрических систем.

Photovoltaic energy system is one of the most popular and quickly expanding renewable energy sources because of its great availability, enormous potential, and environmental sustainability. In addition, photovoltaic systems produce clean energy and not pollutant thus contributing to the fight against global warming. Photovoltaic system requires less maintenance given the absence of mechanical components, and it can be also integrated to the electrical grid.

The objective of this research is proposed an effective method for designing and Modeling of an 11 MWp photovoltaic plant capacity connected to the national grid of Niger by using software PVsyst.

Method

Method: choice of the type of system (system connected to the network), the geographic location of the installation site using the software database. Then comes the orientation of the photovoltaic system, the choice of the technology of the photovoltaic system (photovoltaic panels, inverters, transformers... etc) and their calibrations, Study of detailed losses (system losses, wiring losses and array losses) and execution of the command to simulate the system.

Results

Results: design and simulation model of an 11MWp photovoltaic power plant was developed composed of 29120 photovoltaic panels with a power of 385 Wp each, 133 MPPT inverters with a power of 66 KWac each and a Medium Voltage transformer with a capacity of 11 MW. The project has been simulated and results obtained has been analyzed.

Practical significance of the research: Design and Simulation of photovoltaic system using the software allows the engineers, academics and researchers to acquire skills in the design and simulation of photovoltaic systems.

фотоэлектрический модульинверторфотоэлектрическая системасолнечная электростанциясолнечные трекеры MPPTмоделирование PVSystemphotovoltaic moduleinverterphotovoltaic systemsolar power plantMPPT solar trackersPVsystem modelingИсследования не имело спонсорской поддержки.ReferencesОбухов С. Г., Плотников И. А. Имитационная модель режимов работы автономной фотоэлектрической станции с учетом реальных условий эксплуатации // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328, № 6. C. 38–51. EDN: ZCIDNX.Obukhov S. G., Plotnikov I. A. Imitatsionnaya model’ rezhimov raboty avtonomnoy fotoelektricheskoy stantsii s uchetom real’nykh usloviy ekspluatatsii [Simulation model of operation of autonomous photovoltaic plant under actual operating conditions] // Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineerin. 2017. Vol. 328, no. 6. P. 38–51. EDN: ZCIDNX. (In Russ).Atelier d’échange sur les meilleurs pratiques en exploitation et maintenances des centrales Photovoltaïque en Tenisie.25 février 2020. URL: https://energypedia.info/wiki/Atelier_d%E2%80%99%C3%A9change_sur_les_meilleures_pratiques_en_exploitation_et_maintenance_(O%26M)_pour_les_centrales_PV_en_Tunisie (дата обращения: 12.03.2024).Atelier d’échange sur les meilleurs pratiques en exploitation et maintenances des centrales Photovoltaïque en Tenisie.25 février 2020 [Workshop on best practice in the operation and maintenance of photovoltaic power plants in Tunisia. 25 February 2020]. URL: https://energypedia.info/wiki/Atelier_d%E2%80%99%C3%A9change_sur_les_meilleures_pratiques_en_exploitation_et_maintenance_(O%26M)_pour_les_centrales_PV_en_Tunisie (accessed: 12.03.2024). (In Fr.).Bessa J. G., Micheli L., Almonacid F., Fernandez E. F. Monitoring photovoltaic soiling: assessment, challenges, and perspectives of current and potential strategies // iScience. 2021. Vol. 24 (3). 102165. DOI: 10.1016/j.isci.2021.102165.Bessa J. G., Micheli L., Almonacid F., Fernandez E. F. Monitoring photovoltaic soiling: assessment, challenges, and perspectives of current and potential strategies // iScience. 2021. Vol. 24 (3). 102165. DOI: 10.1016/j.isci.2021.102165. (In Engl.).Longares J. M., Jimenew A. G., Polanco N. G. Multiphysics simulation of bifacial photovoltaic modules and software comparaison // Solar Energy. 2023. Vol. 257. P. 155–163. DOI: 10.1016/j.solener.2023.04.005.Longares J. M., Jimenew A. G., Polanco N. G. Multiphysics simulation of bifacial photovoltaic modules and software comparaison // Solar Energy. 2023. Vol. 257. P. 155–163. DOI: 10.1016/j.solener.2023.04.005. (In Engl.).Subhi A. Al., Mossad M. I., Farrag T. A. PV parameters estimation using optimized deep neural networks // Sustainaible computing: Informatics and System. 2024. Vol. 41. P. 100960. DOI: 10.1016/j.suscom.2024.100960.Subhi A. Al., Mossad M. I., Farrag T. A. PV parameters estimation using optimized deep neural networks // Sustainaible computing: Informatics and System. 2024. Vol. 41. P. 100960. DOI: 10.1016/j.suscom.2024.100960. (In Engl.).Alsumiri M., Khashab H isham El. Solar Energy Technology choice Development // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 64 (6). 02003. DOI: 10.1051/e3sconf/20186402003.Alsumiri M., Khashab H isham El. Solar Energy Technology choice Development // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 64 (6). 02003. DOI: 10.1051/e3sconf/20186402003. (In Engl.).Ministère du Pétrole, de l’Energie et des Energies Renouvelables. Système d’Information Energétique du Niger Rapport 2021.Ministère du Pétrole, de l’Energie et des Energies Renouvelables. Système d’Information Energétique du Niger Rapport 2021 [Ministry of Petroleum, Energy and Renewable Energies. Niger Energy Information System Report 2021]. (In Fr.).Mendalek N., Haddad K. Al. Photovoltaic System Modeling and Simulation // 2017 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). 2017. P. 1522–1527. DOI: 10.1109/ICIT.2017.7915592.Mendalek N., Haddad K. Al. Photovoltaic System Modeling and Simulation // 2017 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). 2017. P. 1522–1527. DOI: 10.1109/ ICIT.2017.7915592. (In Engl.).Dehghanzadeh A., Farahani G., Vahedi H., Haddad K. Al. Explicit double-exponential modeling methods for photovoltaic cells // 2017 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). 2017. P. 423–428. DOI: 10.1109/ICIT.2017.7913268.Dehghanzadeh A., Farahani G., Vahedi H., Haddad K. Al. Explicit double-exponential modeling methods for photovoltaic cells // 2017 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). 2017. P. 423–428. DOI: 10.1109/ICIT.2017.7913268. (In Engl.).Muhtar A., Mustika I. W., Suharyanto. Compaison of ANN-BP and ANN-PSO as Learning Algorithm to track MPP in PV System // 2017 7th International Annual Engineering Seminar (InAES). 2017. P. 1–6. DOI: 10.1109/INAES.2017.8068573.Muhtar A., Mustika I. W., Suharyanto. Compaison of ANN-BP and ANN-PSO as Learning Algorithm to track MPP in PV System // 2017 7th International Annual Engineering Seminar (InAES). 2017. P. 1–6. DOI: 10.1109/INAES.2017.8068573. (In Engl.).Slouma S., Mustapha S. S., Slama-Belkhodja I., Machmoum M. Frequency Separation Control of Energy Management System for building // 2016 7th International Renewable Energy Congress (IREC). 2016. P. 1–6. DOI: 10.1109/irec.2016.7478868.Slouma S., Mustapha S. S., Slama-Belkhodja I., Machmoum M. Frequency Separation Control of Energy Management System for building // 2016 7th International Renewable Energy Congress (IREC). 2016. P. 1–6. DOI: 10.1109/irec.2016.7478868. (In Engl.).Kessaissi F. Z., Zegaoui A., Hadji A. A. [et al.]. Comparison of two PV modules Technologie Using Analytical and Experimental Methods // Energy Procedia. Vol. 74. P. 389–397. DOI:10.1016/j.egypro.2015.07.635.Kessaissi F. Z., Zegaoui A., Hadji A. A. [et al.]. Comparaison of two PV modules Technologie Using Analytical and Experimental Methods // Energy Procedia. Vol. 74. P. 389– 397. DOI:10.1016/j.egypro.2015.07.635. (In Engl.).Salame Ch., Aillerie M., Papageorgas P. The international Conference on Technology and Materials for Renewable Energy, Environment and Sustainability // Energy Proccedia. 2014. Vol. 50. P. 1–2. DOI: 10.1016/S1876-6102(14)01202-8.Salame Ch., Aillerie M., Papageorgas P. The international Conference on Technology and Materiels for Renewable Energy, Environement and Sustainability // Energy Proccedia. 2014. Vol. 50. P. 1–2. DOI: 10.1016/S1876-6102(14)01202-8. (In Engl.).Sehirli E. Comparison of the input filter effect to PV panel by SEPIC MPPT Converter // Energy Repport. 2023. Vol. 9. P. 34–50. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.05.238.Sehirli E. Comparison of the input filter effect to PV panel by SEPIC MPPT Converter // Energy Repport. 2023. Vol. 9. P. 34–50. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.05.238. (In Engl.).Lu D., Zhou T., Fakham H., Frabcois B. Disign of a power management system for an active PV station including various storage technologies // 2008 IEEE 23th International Power Electronics and Motion Control Conference. 2008. P. 1–8. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635583.Lu D., Zhou T., Fakham H., Frabcois B. Disign of a power management system for an active PV station including various storage technologies // 2008 IEEE 23th International Power Electronics and Motion Control Conference. 2008. P. 1–8. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635583. (In Engl.).Abass A. Z., Pavlyuchenko D. A., Haider A. [et al.]. Economic Feasibility Study of a Hybrid Power Station Between Solar Panels and Wind Turbine with The National Grid in Al-Hayy City in the Central of Iraq // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1184. DOI: 10.1088/1757-899X/1184/1/012001.Abass A. Z., Pavlyuchenko D. A., Haider A. [et al.]. Economic Feasibility Study of a Hybrid Power Station Between Solar Panels and Wind Turbine with The National Grid in Al- Hayy City in the Central of Iraq // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1184. DOI: 10.1088/1757-899X/1184/1/012001. (In Engl.).Azeez R. A., Abdul-Hussein M. K., Mahdi M. S., ALRikabi H. T. S. Design a system for an approved video copyright over cloud based on biometric iris and random walk generator using watermark technique // Periodicals of Engineering Natural Sciences. 2021. Vol. 10, № 1. P. 178–187. DOI: 10.13140/RG.2.2.12100.50566.Azeez R. A., Abdul-Hussein M. K., Mahdi M. S., ALRikabi H. T. S. Design a system for an approved video copyright over cloud based on biometric iris and random walk generator using watermark technique // Periodicals of Engineering Natural Sciences. 2021. Vol. 10, no. 1. P. 178–187. DOI: 10.13140/RG.2.2.12100.50566. (In Engl.).Majhool M. H., Rikabi H., Mansour R. Enhancing the Efficiency of Solar Cell Based on the Internet of Things Applications // Wasit Journal of Engineering Sciences. 2022. Vol. 10, № 1. DOI: 10.31185/ejuow.Vol10.Iss1.229.Majhool M. H., Rikabi H., Mansour R. Enhancing the Efficiency of Solar Cell Based on the Internet of Things Applications // Wasit Journal of Engineering Sciences. 2022. Vol. 10, no. 1. DOI: 10.31185/ejuow.Vol10.Iss1.229. (In Engl.).Salim H. T., Jasim N. A. Design and Implementation of Smart City Applications Based on the Internet of Things // International Journal of Interactive Mobile Technologies (iJIM). 2021. Vol. 15, № 13. P. 4–15. DOI: 10.3991/ijim.v15i13.22331.Salim H. T., Jasim N. A. Design and Implementation of Smart City Applications Based on the Internet of Things // International Journal of Interactive Mobile Technologies (iJIM). 2021. Vol. 15, no. 13. P. 4–15. DOI: 10.3991/ijim.v15i13.22331. (In Engl.).Majhool M. H., Alrikabi H. T. S., Farhan M. S. Using Internet of Things application for Monitoring Photo-Voltaic Panel Based on Ask Sensors Cloud // Design Engineering. 2021. Vol. 10, № 1. P. 3884–3896. DOI: 10.17762/de.vi.5340.Majhool M. H., Alrikabi H. T. S., Farhan M. S. Using Internet of Things application for Monitoring Photo-Voltaic Panel Based on Ask Sensors Cloud // Design Engineering. 2021. Vol. 10, no. 1. P. 3884–3896. DOI: 10.17762/de.vi.5340. (In Engl.).Al-Rikabi H. An assessment of electricity sector reforms in Iraq // Al-Bayan Center for Planning Studies. 2017. URL: https://www.bayancenter.org/en/2017/09/1264/# (дата обращения: 03.04.2024).Al-Rikabi H. An assessment of electricity sector reforms in Iraq // Al-Bayan Center for Planning Studies. 2017. URL: https://www.bayancenter.org/en/2017/09/1264/# (accessed: 03.04.2024). (In Engl.).Brinckerhoff P. Iraq Electricity Master Plan: 2010 to 2030. Final Report. Baghdad: Parsons Brinckerhoff, 2010.Brinckerhoff P. Iraq Electricity Master Plan: 2010 to 2030. Final Report. Baghdad: Parsons Brinckerhoff, 2010. (In Engl.).Sancar M. R., Bayram A. B. Modeling and Economic Analysis of Greenhouse Top Solar Power Plant with Pvsyst Software // International Journal of Engineering and Innovative Research. 2023. Vol. 5 (1). P. 48–59. DOI: 10.47933/ijeir.1209362.Sancar M. R., Bayram A. B. Modeling and Economic Analysis of Greenhouse Top Solar Power Plant with Pvsyst Software // International Journal of Engineering and Innovative Research. 2023. Vol. 5 (1). P. 48–59. DOI: 10.47933/ijeir.1209362. (In Engl.).B. Co. INES – Integrated National Energy Strategy. 2012.B. Co. INES – Integrated National Energy Strategy. 2012. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.