Солнечные автомобильные парковки в Пакистане

Постоянно растущее население мира и массовая урбанизация в развивающихся и развитых странах стали двумя основными проблемами для энергетических секторов. В 2050 году население мира достигнет 9,7 миллиарда человек [1]. Пакистан войдет в число первых девяти густонаселенных стран, что будет способствовать большей части такого увеличения населения. Пока что гидроэнергетика является единственным основным источником выработки электроэнергии наряду с тепловой энергией ископаемого топлива в качестве альтернативного источника. Существует потребность в устойчивых и экологически чистых источниках энергии для удовлетворения будущего спроса на электроэнергию к 2050 году.

Возобновляемые источники энергии, такие как геотермальное тепло, прилив, ветер и солнечный свет, могут быть доступны в больших количествах в природе, и они могут легко справиться с возросшей потребностью в электрической энергии. Солнце доставляет 174000 ТВт электроэнергии в виде солнечной радиации на верхний уровень атмосферы Земли, которая снижается до 121800 Вт на уровне поверхности Земли [2, 3]. Эта мощность почти равна одному году использования всей человеческой деятельности на Земле. Солнечное излучение, которое является мерой солнечной энергии для определенной области, составляет 1,3 кВт/м2 выше уровня поверхности Земли и 1000 Wm-2 на поверхности Земли [4]. Мы можем использовать эту солнечную радиацию, используя солнечную фотоэлектрическую (PV) систему, которая может заменить базовые поколения ископаемого топлива, и она не требует дозаправки.

В основном в городских районах было недостаточно места для установки солнечных фотоэлектрических (PV) систем. Это связано с недоступностью и высокой стоимостью подходящих мест. Поэтому в большинстве случаев предпочтительным местом для установки солнечных фотоэлектрических систем являются крыши зданий. И наоборот, геометрическая неоднородность зданий затрудняет использование солнечной энергии из-за затенения близлежащих территорий [5]. В городских районах тени автомобильной парковки являются жизненно важными местами для установки солнечных фотоэлектрических (PV) систем в промышленных, коммерческих и образовательных местах [6]. В Соединенных Штатах имеется 11200 км2 парковочных мест [3], которые можно широко использовать для производства солнечной энергии. Географическое положение Пакистана таково, что он имеет максимальную продолжительность светового дня или солнечного излучения, достаточного для выработки солнечной энергии. Эта продолжительность длится до 8,5 часов в день, в целом от 2300 до 2700 часов в год. Статистика показала, что эта продолжительность почти равна или равна максимальной солнечной площади в мире [7]. По данным Национальной лаборатории возобновляемой энергии США, в Пакистане средняя солнечная инсоляция составляет от 5 кВтч/м2 / сутки до 7 кВтч/м2 / сутки [8], чего вполне достаточно для удовлетворения существующего спроса на электроэнергию в Пакистане, однако при реализации солнечные технологии перенесли высокие капитальные затраты.

В этом исследовании мы предложили внедрить систему солнечной автомобильной парковки (например, использование для этого автонавесов и их цена) в Исламском университете Бахавалпура, расположенном в Пакистане, чтобы отрегулировать дорогую электрическую энергию сети с помощью солнечной фотоэлектрической (PV) системы. Постоянная солнечная инсоляция в городе Бахавалпур составляла около 1981 кВтч/м2 / год, что является второй по величине солнечной инсоляцией, наблюдаемой в любом из соседних городов страны [9]. По данным Европейской ассоциации фотоэлектрической промышленности (EPIA), до сих пор в мире было установлено 40 ГВт солнечных фотоэлектрических (фотоэлектрических) систем на крыше, и, по оценкам, в последующие пять лет она будет превышать 37 ГВт [10]. Использование крыш на основе солнечных батарей в настоящее время продолжает расти в соответствии с полученными данными, но все же их использование для оттенков автостоянки все еще редко. Весьма желательно использовать технологию PV для получения максимальной солнечной энергии по сравнению с недорогой подготовкой земли и площадки. Согласно опросу в Пакистане, в 2015-2016 гг. В Пакистане зарегистрировано 17,3 млн. Автомобилей [11]. Из 17,3 миллионов транспортных средств 2,7 миллиона — это легковые автомобили. Существует необходимость изучения этой области в литературе. Крайне важно разработать модель и экономический анализ для солнечной автомобильной парковки на университетском уровне.

Экономический анализ

Каждый проект зависит от финансовых вложений, его выгод и срока окупаемости. Предыдущие тематические исследования и их результаты показывают, что генерирование солнечной энергии возможно на навесах для парковки автомобилей с их оптимизированным максимальным фотоэлектрическим генерированием [19]. В данном случае необходимо построить навес для автомобильной парковки для университетского факультета, поэтому стоимость конструкции также включена в инвестиционный план и период окупаемости.

Оценка стоимости выполняется двумя известными поставщиками фотоэлектрической установки правительством и тарифной структурой электроэнергии и принимается регулирующим органом по электроэнергии NEPRA. Основываясь на этом анализе структуры навеса и фотоэлектрической системы, стоимость установки может окупиться за 6,6 года. Ежегодное использование энергии департаментом на 17% меньше, что показано на рисунке 9 в результате интеграции солнечной энергии в систему с ежегодным приростом использования на 3%.

Увеличение потребления энергии на 3% рассчитывается на основе 5-летнего предыдущего использования схемы энергопотребления отделом энергоэффективности. При обсуждении счета за электроэнергию срок окупаемости инвестиций остается тем же самым в течение первых 6,6 лет, и после этого его стоимость уменьшается.

В течение первых шести лет тенденция такая же, потому что это период окупаемости инвестиций. После чего счет за электроэнергию уменьшается на 14%. Итак, после детального анализа экономической модели делается вывод, что за счет капитальных вложений в этот механизм навеса автомобиля PV инвестиции могут окупиться за 6,6 года.

Использованные источники

[1] UN DESA, World Population Expected to Reach 9.7 Billion by 2050, United Nations Department of Economic and Social Affairs, 2015, un.org/en/development/desa/news/ population/2015report.

[2] J. Jean, P. R. Brown, R. L. Jaffe, T. Buonassisi, and V. Bulović, “Pathways for solar photovoltaics,” Energy & Environmental Science, vol. 8, no. 4, pp. 1200–1219, 2015.

[3] P. Nunes, R. Figueiredo, and M. C. Brito, “The use of parking lots to solar-charge electric vehicles,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 66, pp. 679–693, 2016.

[4]  A. H. A. Al-Waeli, A. H. K. A.-K. Moanis, M. Kamal El-, Din, H. A. K. Al-Mamari, and M. T. Chaichan, “A photovoltaic application in car parking lights with recycled batteries: a techno-economic study,” Australian Journal of Basic and Applied Sciences, vol. 9, no. 36, pp. 43–45, 2015.

[5] J. Kanters, Planning for Solar Buildings in Urban Environments, Lund University Publications, 2015.

[6] H.-M. Neumann, D. Schär, and F. Baumgartner, “The potential of photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger transport,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 20, no. 6, pp. 639–649, 2012.

[7] M. Ashraf Chaudhry, R. Raza, and S. A. Hayat, “Renewable energy technologies in Pakistan: prospects and challenges,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, no. 6-7, pp. 1657–1662, 2009.

[8] M. Amer and T. U. Daim, “Selection of renewable energy technologies for a developing county: a case of Pakistan,” Energy for Sustainable Development, vol. 15, no. 4, pp. 420–435, 2011.

[9] H. Qamar, H. Qamar, and M. U. Khan, “Solar irradiance & on grid solar power systems with net metering in Pakistan,” Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, vol. 1, no. 2, pp. 1–5, 2016.

[10] F. S. Power, “Solar power Europe,” Sol. Ind. Reports, pp. 1–32, 2019.

[11] Gallup Pakistan, Short Roundup on Transport Infrastructure in Pakistan, GALLUP Pakistan Affiliated with gallup international Pakistan’s foremost social research lab, 2016.

[12] P. Gibbs, “Helio Scope: mathematical formulationHelio Scope Math. Formul. helioscope.com/documentation/ mathematical-formulation.

[13] Z. Abbas, K. Harijan, P. H. Shaikh, G. D. Walasai, and F. Ali, “Effect of ambient temperature and relative humidity on solar PV system performance: a case study of Quaid-e-Azam Solar Park, Pakistan,” Sindh University Research Journal, vol. 49, no. 004, pp. 721–726, 2017.

[1] UN DESA, World Population Expected to Reach 9.7 Billion by 2050, United Nations Department of Economic and Social Affairs, 2015, un.org/en/development/desa/news/ population/2015report.

[2] J. Jean, P. R. Brown, R. L. Jaffe, T. Buonassisi, and V. Bulović, “Pathways for solar photovoltaics,” Energy & Environmental Science, vol. 8, no. 4, pp. 1200–1219, 2015.

[3] P. Nunes, R. Figueiredo, and M. C. Brito, “The use of parking lots to solar-charge electric vehicles,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 66, pp. 679–693, 2016.

[4]  A. H. A. Al-Waeli, A. H. K. A.-K. Moanis, M. Kamal El-, Din, H. A. K. Al-Mamari, and M. T. Chaichan, “A photovoltaic application in car parking lights with recycled batteries: a techno-economic study,” Australian Journal of Basic and Applied Sciences, vol. 9, no. 36, pp. 43–45, 2015.

[5] J. Kanters, Planning for Solar Buildings in Urban Environments, Lund University Publications, 2015.

[6] H.-M. Neumann, D. Schär, and F. Baumgartner, “The potential of photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger transport,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 20, no. 6, pp. 639–649, 2012.

[7] M. Ashraf Chaudhry, R. Raza, and S. A. Hayat, “Renewable energy technologies in Pakistan: prospects and challenges,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, no. 6-7, pp. 1657–1662, 2009.

[8] M. Amer and T. U. Daim, “Selection of renewable energy technologies for a developing county: a case of Pakistan,” Energy for Sustainable Development, vol. 15, no. 4, pp. 420–435, 2011.

[9] H. Qamar, H. Qamar, and M. U. Khan, “Solar irradiance & on grid solar power systems with net metering in Pakistan,” Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, vol. 1, no. 2, pp. 1–5, 2016.

[10] F. S. Power, “Solar power Europe,” Sol. Ind. Reports, pp. 1–32, 2019.

[11] Gallup Pakistan, Short Roundup on Transport Infrastructure in Pakistan, GALLUP Pakistan Affiliated with gallup international Pakistan’s foremost social research lab, 2016.

[12] P. Gibbs, “Helio Scope: mathematical formulationHelio Scope Math. Formul. helioscope.com/documentation/ mathematical-formulation.

[13] Z. Abbas, K. Harijan, P. H. Shaikh, G. D. Walasai, and F. Ali, “Effect of ambient temperature and relative humidity on solar PV system performance: a case study of Quaid-e-Azam Solar Park, Pakistan,” Sindh University Research Journal, vol. 49, no. 004, pp. 721–726, 2017.

[14] J. G. Ingersoll and C. A. Perkins, “The 2.1 kW photovoltaic electric vehicle charging station in the city of Santa Monica, California,” in Conference Record of the Twenty Fifth IEEE Photovoltaic Specialists Conference-1996, pp. 1509–1512, Washington, DC, USA, May 1996.

[15] A. Alghamdi, A. Bahaj, and Y. Wu, “Assessment of large scale photovoltaic power generation from carport canopies,” Energies, vol. 10, no. 5, p. 686, 2017.

[16] E. L. Bateman, C. R. Charney, H. J. Holmes, and D. J. Humenik, Solar Design for Los Angeles Memorial Coliseum, DESIGN PROJECT, EGEE 437, SPRING 2015, 2015.

[17] P. M. R. Almeida, F. J. Soares, and J. A. P. Lopes, “Impacts of large-scale deployment of electric vehicles in the electric power system,” in Electric Vehicle Integration into Modern Power Networks. Power Electronics and Power Systems, R. Garcia-Valle and J. Peças Lopes, Eds., pp. 203–249, Springer, New York, NY, USA, 2013.

[18] J.  Robinson,  G.  Brase,  W.  Griswold,  C.  Jackson,  and L. Erickson, “Business models for solar powered charging stations to develop infrastructure for electric vehicles,” Sustainability, vol. 6, no. 10, pp. 7358–7387, 2014.

[19] L. E. Erickson, J. Robinson, G. Brase, and J. Cutsor, Solar Powered Charging Infrastructure for Electric Vehicles: A Sustainable Development, CRC Press, 2016.

[20] N. Çetinkaya and F. Umer, “Effect of neutral grounding protection methods for compensated wind/PV grid-connected hybrid power systems,” International Journal of Photoenergy, vol. 2017, Article ID 4860432, 9 pages, 2017.

[21] E. Goldin, L. Erickson, B. Natarajan, G. Brase, and A. Pahwa, “Solar powered charge stations for electric vehicles,” Environmental Progress & Sustainable Energy,  vol.  33,  no.  4, pp. 1298–1308, 2014.

[22] NEPRA, State of industry, 2017, National Electric Power Regulatory Authority, Government of Pakistan, 2017.


Design and Optimization of Solar Carport Canopies for Maximum Power Generation and Efficiency at Bahawalpur

Farhana Umer,  Muhammad Shehzad Aslam,  Muhammad Shoaib Rabbani,  Muhammad Javed Hanif,  Nadeem Naeem, Muhammad Tafseer Abbas

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *