Исследование способа повышения энергоэффективности солнечных электростанций на основе комбинирования отражательных систем и дискретного позиционирования фотоэлектрических модулей

Цель – обоснование энергоэффективности комбинированного применения систем ручного дискретного позиционирования фотоэлектрических модулей и плоских отражающих систем для солнечных электростанций микро- и малой мощности, эксплуатируемых на изолированных территориях Севера. Работа базируется на методологии планирования натурного эксперимента и сравнительном анализе выходных характеристик исследуемых фотоэлектрических модулей. Исследования проведены в центральной части Якутии с применением научно-лабораторного стенда, оснащенного плоской отражательной системой, метеостанцией, регистраторами и средствами тепловизионного контроля. Предложен способ повышения выработки электроэнергии, заключающийся в ежечасной ручной коррекции азимутальных (от +90 до –90°) и зенитных (от 15° до 55°) углов жестко связанного блока «фотоэлектрический модуль – отражатель». Установлено, что данный регламент обеспечивает прирост среднесуточной генерации на 41,82 %, а прогнозируемой среднегодовой – на 30,88 % относительно стационарного размещения модулей. Выявлен побочный эффект нагрева поверхности фотоэлементов на 12–13 %, приводящий к росту тепловых потерь на 23,63 %, что обосновывает необходимость интеграции систем охлаждения в регионах с высокой инсоляцией. Доказана оптимальность 60-минутного шага регулирования как рационального компромисса между энергоэффективностью и трудозатратами потребителя. Выявлена широтная дифференциация эффективности метода: от адаптации фотоэлектрических модулей к низким углам Солнца в арктических районах (выше 66° с.ш.) до максимизации пиковой мощности в Южной Якутии. В ходе проведенных исследований подтверждена целесообразность внедрения дискретного позиционирования для повышения коэффициента использования установленной мощности солнечной электростанции в высоких широтах. Предложенный подход, дополненный системами накопления энергии, обеспечивает высокую энергетическую автономность удаленных потребителей без капитальных затрат на сложную автоматику, уязвимую в условиях экстремально низких температур воздуха на территории Севера и Арктики.

1. Liu Z., Peng T., Ma Sh., Qi Ch., Song Ya., Zhang Ch., et al. Potential benefits and risks of solar photovoltaic power plants on arid and semiarid ecosystems: an assessment of soil microbial and plant communities // Frontiers in Microbiology. 2023. Vol. 14. Р. 1190650. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1190650. EDN: CJEKOL.

2. George A.A., Ghosh D. Advancements in sustainability in the 21st century: a bibliometric analysis of solar power and its applications // Energy Reports. 2025. Vol. 14. Р. 4291–4307. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2025.11.023. EDN: TJHJAX.

3. Wei Zh., Fu X., Yang F., Fan Sh. Comprehensive economic benefits evaluation model of greenhouse photovoltaic // Journal of Solar Energy Research Updates. 2022. Vol. 9. Р. 27–37. https://doi.org/10.31875/2410-2199.2022.09.04. EDN: XKEZCT.

4. Saxena A., Brown C., Arneth A., Rounsevell M. Advanced photovoltaic technology can reduce land requirements for global energy transition // Communications Earth and Environment. 2024. Vol. 5. Iss. 1. Р. 586. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01754-4. EDN: FFYQOG.

5. Joshi P., Rao A.B., Banerjee R. Review of solar PV deployment trends, policy instruments, and growth projections in China, the United States, and India // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2025. Vol. 210. Р. 115082. https://doi.org/10.1016/j.rser.2025.115436. EDN: CKVKGV.

6. Kishore T.S., Kumar P.U., Ippili V. Review of global sustainable solar energy policies: significance and impact // Innovation and Green Development. 2025. Vol. 4. Iss. 2. Р. 100224. https://doi.org/10.1016/j.igd.2025.100224. EDN: COWNST.

7. Gawusu S., Zhang X., Yakubu S., Debrah S.K., Das O., Bundela N.S. Optimizing solar photovoltaic system performance: insights and strategies for enhanced efficiency // Energy. 2025. Vol. 319. Р. 135099. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.135099. EDN: CBWERP.

8. Ramanan C.J., Lim K.H., Kurnia Ju.C., Roy S., Bora B.J., Medhi B.J. Towards sustainable power generation: recent advancements in floating photovoltaic technologies // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024. Vol. 194. Р. 114322. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114322. EDN: XRUCYV.

9. Sadeghi R., Parenti M., Memme S., Fossa M., Morchio S. A review and comparative analysis of solar tracking systems // Energies. 2025. Vol. 18. Iss. 10. P. 2553. https://doi.org/10.3390/en18102553. EDN: RSPLCY.

10. Himan M., Rabby Md.F., Hassan Md.M., Ahmed S., Khalil Md.K. Assessing cooling effects on floating solar PV performance enhancement // AIP Conference Proceedings. 2025. Vol. 3307. Р. 030003. https://doi.org/10.1063/5.0262242.

11. Местников Н.П., Корякин А.К., Васильев П.Ф., Альзаккар А.М.Н. Оценка эффективности внедрения трекерных установок в солнечные электростанции в условиях Севера // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 67–76. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2023-6-67-76. EDN: KJRHHA.

12. Местников Н.П., Манусов В.З., Васильев П.Ф. Оценка применимости ручных трекерных установок в фотоэлектрических станциях микро-мощности в условиях Севера // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2025. Т. 336. № 6. С. 7–18. https://doi.org/10.18799/24131830/2025/6/4741. EDN: CGOQBX.

13. Salih Dr.A. Optimal winter and summer settings of solar photovoltaic panels for many locations in the world // Tikrit Journal of Pure Science. 2024. Vol. 29. Iss. 6. Р. 40–49. https://doi.org/10.25130/tjps.v29i6.1691. EDN: HGZSJN.

14. Kamarzaman N.A., Tan Chee Wei. A comprehensive review of maximum power point tracking algorithms for photovoltaic systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 37. P. 585–598. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.045.

15. Verma R., Gupta Sh., Yadav A. Performance evaluation of different photovoltaic array configurations under partial shading // Renewable Energy. 2024. Vol. 237. Р. 121796. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121796. EDN: TUYCTA.

16. Yan H.P., Liao T.W., Hsieh Ch.Ch., Huang Ch.Ya., Juang R.Ch., Kuo Ch.F.J. Performance improvement of vertically installed bifacial solar panels with adjustable reflectors optimized using the Taguchi method // Energy Nexus. 2025. Vol. 19. Р. 100496. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100496. EDN: BZDXKV.

17. Michael J.J., Iqbal S.M., Iniyan S., Goic R. Enhanced electrical performance in a solar photovoltaic module using V-trough concentrators // Energy. 2018. Vol. 148. P. 605–613. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.01.101.

18. Bigot D., Miranville F., Fakra A.H., Ingar I., Cuichard S., Boyer H. Thermal performance of photovoltaic systems integrated in buildings // Solar Collectors and Panels, Theory and Applications. 2010. Р. 406–428. https://doi.org/10.5772/10347.

19. Akrouch M.A., Chahine Kh., Faraj Ja., Hachem F., Castelain C., Khaled M. Advancements in cooling techniques for enhanced efficiency of solar photovoltaic panels: a detailed comprehensive review and innovative classification // Energy and Built Environment. 2023. Vol. 6. Iss. 2. P. 248–276. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2023.11.002. EDN: WXNJFC.

20. Salameh W., Ajeeb S., Itawi K., Arnaout M., Murr R., Faraj Ja., et al. Rear-surface water cooling for photovoltaic panels: a thermo-hydrodynamic pathway to high-efficiency and sustainable solar power in hot climates // Unconventional Resources. 2026. Vol. 10. P. 100326. https://doi.org/10.1016/j.uncres.2026.100326. EDN: QCKIRI.