DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY

DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY

This article focuses on developing electrical models to investigate the conversion of solar radiation into both electrical and thermal energy. Our findings indicate that semiconductor converters are unable to harness the entire electromagnetic spectrum emitted by the sun. A substantial portion of so...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2024
Автор: Bondarenko , D.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024
Теми:
electrical model
solar radiation
electrical energy
thermal energy
analogies
photon
phonon
Онлайн доступ:https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/487
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Vidnovluvana energetika

Репозитарії

Vidnovluvana energetika
id veorgua-article-487
record_format ojs
institution Vidnovluvana energetika
baseUrl_str
datestamp_date 2024-12-10T11:11:49Z
collection OJS
language English
topic electrical model
solar radiation
electrical energy
thermal energy
analogies
photon
phonon
spellingShingle electrical model
solar radiation
electrical energy
thermal energy
analogies
photon
phonon
Bondarenko , D.
DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
topic_facet electrical model
solar radiation
electrical energy
thermal energy
analogies
photon
phonon
електрична модель
сонячне випромінювання
електрична енергія
теплова енергія
аналогії
фотон
фонон.
format Article
author Bondarenko , D.
author_facet Bondarenko , D.
author_sort Bondarenko , D.
title DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
title_short DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
title_full DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
title_fullStr DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
title_full_unstemmed DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY
title_sort developing electrical models to simulate the conversion of solar radiation into electrical and thermal energy
title_alt СТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕТВОРЕННЯ СОНЯЧНОГО ВИПРОМІНЕННЯ НА ЕЛЕКТРИЧНУ І ТЕПЛОВУ ЕНЕРГІЇ
description This article focuses on developing electrical models to investigate the conversion of solar radiation into both electrical and thermal energy. Our findings indicate that semiconductor converters are unable to harness the entire electromagnetic spectrum emitted by the sun. A substantial portion of solar radiation is transformed into heat. To achieve these results, we employed a corpuscular model to represent the solar radiation flow and a quantum mechanical framework to describe the energy associated with electromagnetic radiation and thermal processes within the crystal. To derive electrical modeling parameters, this study leveraged the principle of electrical and electrothermal analogies. We established a direct equivalence between the flow of solar photons and the flow of charge carriers represented by the electric current. Additionally, we demonstrated that the energy carried by photons is analogous to the voltage generated across the photovoltaic device. When modeling thermal energy using electrical circuits, we found that the electric current can be used to represent the flow of phonons, quasiparticles associated with thermal vibrations in the crystal, while the voltage corresponds to the energy of phonons. This study developed electrical models to simulate the conversion of solar radiation into both electrical and thermal energy. Current and voltage sources were employed to represent the energy conversion processes. It is shown that the internal resistances of energy sources in electrical models simulate the losses during the generation of electrical and thermal energy. It is noted that the proposed electrical model of a photovoltaic power source corresponds to the traditional equivalent circuit with a diode. The paper concludes by discussing the potential applications of the proposed modeling framework.
publisher Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
publishDate 2024
url https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/487
work_keys_str_mv AT bondarenkod developingelectricalmodelstosimulatetheconversionofsolarradiationintoelectricalandthermalenergy
AT bondarenkod stvorennâelektričnihmodelejdlâmodelûvannâprocesívperetvorennâsonâčnogovipromínennânaelektričnuíteplovuenergíí
first_indexed 2024-12-15T20:52:38Z
last_indexed 2024-12-15T20:52:38Z
_version_ 1818541119218122752
spelling veorgua-article-4872024-12-10T11:11:49Z DEVELOPING ELECTRICAL MODELS TO SIMULATE THE CONVERSION OF SOLAR RADIATION INTO ELECTRICAL AND THERMAL ENERGY СТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕТВОРЕННЯ СОНЯЧНОГО ВИПРОМІНЕННЯ НА ЕЛЕКТРИЧНУ І ТЕПЛОВУ ЕНЕРГІЇ Bondarenko , D. electrical model, solar radiation, electrical energy, thermal energy, analogies, photon, phonon електрична модель, сонячне випромінювання, електрична енергія, теплова енергія, аналогії, фотон, фонон. This article focuses on developing electrical models to investigate the conversion of solar radiation into both electrical and thermal energy. Our findings indicate that semiconductor converters are unable to harness the entire electromagnetic spectrum emitted by the sun. A substantial portion of solar radiation is transformed into heat. To achieve these results, we employed a corpuscular model to represent the solar radiation flow and a quantum mechanical framework to describe the energy associated with electromagnetic radiation and thermal processes within the crystal. To derive electrical modeling parameters, this study leveraged the principle of electrical and electrothermal analogies. We established a direct equivalence between the flow of solar photons and the flow of charge carriers represented by the electric current. Additionally, we demonstrated that the energy carried by photons is analogous to the voltage generated across the photovoltaic device. When modeling thermal energy using electrical circuits, we found that the electric current can be used to represent the flow of phonons, quasiparticles associated with thermal vibrations in the crystal, while the voltage corresponds to the energy of phonons. This study developed electrical models to simulate the conversion of solar radiation into both electrical and thermal energy. Current and voltage sources were employed to represent the energy conversion processes. It is shown that the internal resistances of energy sources in electrical models simulate the losses during the generation of electrical and thermal energy. It is noted that the proposed electrical model of a photovoltaic power source corresponds to the traditional equivalent circuit with a diode. The paper concludes by discussing the potential applications of the proposed modeling framework. Стаття присвячена побудові електричних моделей для дослідження процесів перетворення енергії сонячного випромінювання на електричну і теплову енергії. В роботі показано, що не весь спектр електромагнітного випромінювання Сонця перетворюється в напівпровідниковому перетворювачі на електричну енергію. Значна частина сонячного випромінювання перетворюється на теплову енергію. В статті було використано корпускулярне представлення потоку сонячного випромінювання та квантово-механічне представлення енергії електромагнітного випромінювання та енергії теплових процесів у кристалі. Для отримання електричних моделювальних величин у роботі було застосовано принцип електричних та електротеплових аналогій. Було показано відповідність потоку частинок сонячного електромагнітного випромінювання, фотонів, потоку згенерованих носіїв заряду, тобто струму. Також було показано, що енергія фотонів відповідає напрузі, яка створюється на електродах фотоелектричного перетворювача. В роботі показано, що в разі моделювання теплової енергії за допомогою електричних моделей струм моделює потік квазічастинок теплових коливальних процесів у кристалі, фононів, а енергія фононів моделюється напругою. У роботі були побудовані електричні моделі процесу перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію та процесу перетворення сонячного випромінювання на теплову енергію. При цьому було використано джерело струму та джерело напруги, які саме й моделюють процеси перетворення однієї енергії на іншу. Показано, що внутрішні опори джерел енергії в електричних моделях моделюють втрати при генерації електричної та теплової енергії. Відмічено, що запропонована в роботі електрична модель фотовольтаїчного джерела електричної енергії відповідає традиційній еквівалентній схемі з діодом. Були зроблені висновки та показано область застосування запропонованих принципів та моделей. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-12-10 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/487 10.36296/1819-8058.2024.4(79).59-63 Возобновляемая энергетика; № 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 59-63 Відновлювана енергетика; № 4(79) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 59-63 Vidnovluvana energetika ; No. 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 59-63 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.4(79) en https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/487/396 Copyright (c) 2024 Vidnovluvana energetika

Схожі ресурси