probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2025-27-1-48-58probener-3305Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫELECTROTECHNICAL COMPLEXES AND SYSTEMSСолнечная энергетика для энергоснабжения удаленных потребителей в Арктической зонеSolar energy for power supply of remote consumers in the Arctic zoneКирилловИ. Е.KirillovI. E.

Кириллов Иван Евгеньевич – канд. техн. наук, доцент кафедры физики, биологии и инженерных технологий

г. Мурманск

Ivan E. Kirillov

Murmansk

kirillovi@rambler.ruКузнецовН. М.KuznetsovN. M.

Кузнецов Николай Матвеевич – канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

г. Апатиты

Nikolay M. Kuznetsov

Apatity

n.kuznetsov@ksc.ruЛазаревН. И.LazarevN. I.

Лазарев Никита Игоревич – инженер

г. Апатиты

Nikita I. Lazarev

Apatity

n.lazarev@ksc.ruМорозовИ. Н.MorozovI. N.

Морозов Иван Николаевич – канд. техн. наук, заведующий кафедрой физики, биологии и инженерных технологий

г. Апатиты

г. Мурманск

Ivan N. Morozov

Apatity

Murmansk

moroz.84@mail.ruФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»РоссияMurmansk Arctic UniversityRussian FederationЦентр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАНРоссияCenter of Physical and Technical Problems of Energy of the North KSC RASRussian FederationЦентр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН; ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»РоссияCenter of Physical and Technical Problems of Energy of the North KSC RAS; Murmansk Arctic UniversityRussian Federation2025170320252714858Copyright © Кириллов И.Е., Кузнецов Н.М., Лазарев Н.И., Морозов И.Н., 20252025Кириллов И.Е., Кузнецов Н.М., Лазарев Н.И., Морозов И.Н.Kirillov I.E., Kuznetsov N.M., Lazarev N.I., Morozov I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3305АКТУАЛЬНОСТЬ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Арктическая зона становится объектом все более активного интереса в связи с изменением климата и растущей потребностью в устойчивом развитии. Внедрение возобновляемых источников энергии становится ключевым моментом для обеспечения устойчивости и безопасности региона. Исследование направлено на решение проблем развития Арктической зоны России с акцентом на преодолении транспортных и энергетических ограничений и внедрении возобновляемых источников энергии.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Исследование направлено на разработку и внедрение устойчивых и эффективных энергетических систем в Арктической зоне России с использованием возобновляемых источников энергии, с акцентом на солнечную энергию. Разработать имитационную модель солнечной батареи с системой позиционирования и продемонстрировать подход к повышению эффективности солнечных электростанций.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Сбор и анализ данных измерений значений солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния в различных районах Мурманской области. Для оценки эффективности применения солнечных батарей разработана имитационная модель в программном комплексе Matlab приложении Simulink.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Результаты исследования позволили выявить потенциал использования солнечной энергии в различных районах Мурманской области. Проведенные вычисления позволили определить оптимальную мощность солнечных батарей для горного массива Хибины. Представлена имитационная модель солнечной батареи с реализацией системы позиционирования батареи с целью повышения эффективности работы. Результаты моделирования наглядно демонстрируют повышение эффективности использования солнечных панелей с системой ориентирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Значительный потенциал использования солнечной энергии в Арктической зоне достигается с помощью системы позиционирования, что открывает перспективы повышения энергетической эффективности. Учет климатических факторов имеет критическое значение при проектировании и эксплуатации энергетических систем.

RELEVANCE

RELEVANCE. The Arctic zone is becoming a subject of increasing interest due to climate change and the growing need for sustainable development. The introduction of renewable energy sources is becoming key to the sustainability and security of the region. The research aimed at solving the problems of development of the Arctic zone of Russia with a focus on overcoming transportation and energy constraints and introducing renewable energy sources is highly relevant.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. The study aims to develop and implement sustainable and efficient energy systems in the Arctic zone of Russia using renewable energy sources, with a focus on solar energy. To develop a simulation model of a solar array with a positioning system and demonstrate an approach to improve the efficiency of solar power plants, which is important for current technological research in renewable energy.

METHODS

METHODS. Collection and analysis of measured data of solar radiation values and sunshine duration in different areas of Murmansk region. To evaluate the efficiency of solar panels application, a simulation model was developed in the program complex Matlab application Simulink.

RESULTS

RESULTS. The results of the study allowed to identify the potential of solar energy utilization in different areas of the Murmansk region. The performed calculations allowed to determine the optimal capacity of solar panels for the Khibiny mountain range, which contributes to the effective utilization of solar energy. A simulation model of a solar panel with the implementation of a battery positioning system to improve the efficiency of operation is presented.

CONCLUSION

CONCLUSION. The significant potential of solar energy utilization in the Arctic zone is achieved with the help of a positioning system, which holds promise for sustainable development of the region and improved energy efficiency. Adaptation of solar power plants to specific climatic conditions optimizes their performance and ensures sustainability even in the harsh climate of northern regions

арктическая зонасолнечные электростанциисолнечная радиациясолнечная батареясистема регулированияArctic zonesolar power plantssolar radiationsolar panelcontrol systemReferencesПакина, А. А. Перспективы зелёной экономики как новой парадигмы развития / А. А. Пакина, В. А. Горбанев // Вестник МГИМО Университета. – 2019. – Т. 12, № 5. – С. 134-155. – DOI 10.24833/2071-8160-2019-5-68-134-155. – EDN TFIKCT.Pakina, A. A. Prospects of green economy as a new paradigm of development / A. A. Pakina, V. A. Gorbanev // Bulletin of MGIMO University. - 2019. - Т. 12, № 5. - С. 134-155. - DOI 10.24833/2071-81602019-5-68-134-155. – EDN TFIKCT.Лаженцев, В. Н. Арктика и Север в контексте пространственного развития России / В. Н. Лаженцев // Экономика региона. – 2021. – Т. 17, № 3. – С. 737-754. – DOI 10.17059/ekon.reg.2021-3-2. – EDN PWHOPP.Lazhentsev, V. N. Arctic and the North in the context of Russia's spatial development / V. N. Lazhentsev // Regional Economics. - 2021. - Т. 17, № 3. - С. 737-754. – DOI 10.17059/ekon.reg.2021-3-2. – EDN PWHOPP.Кузнецов, Н. М. Развитие распределенной энергетики в Мурманской области / Н. М. Кузнецов, О. Е. Коновалова // Фундаментальные исследования. – 2021. – № 5. – С. 122-127. – DOI 10.17513/fr.43049. – EDN YCTFPG.Kuznetsov, N. M. Development of distributed energy in the Murmansk region / N. M. Kuznetsov, O. E. Konovalova // Fundamental Research. - 2021. - № 5. - С. 122-127. – DOI 10.17513/fr.43049. – EDN YCTFPG.E Nalivaychenko et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 918 012238. DOI https://doi.org/10.1088/1757-899X/918/1/012238.E Nalivaychenko et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 918 012238. DOI https://doi.org/10.1088/1757-899X/918/1/012238.Gorodnov A.G. Construction of energy-efficient electrical complexes with an autonomous power supply system // News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2020. Vol. 22. No. 4. pp. 64-78. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-4-64-78.Gorodnov A.G. Construction of energy-efficient electrical complexes with an autonomous power supply system // News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2020. Vol. 22. No. 4. pp. 64-78. doi:10.30724/1998-9903-2020-22-4-64-78.Тишков С.В., Наливайченко Е.В., Волков А.Д., Щербак А.П., Каргинова-Губинова В.В., Пахомова А.А. Повышение энергоэффективности экономики Арктической зоны Российской Федерации: проблемы, перспективы, методы оценки. М.:Первое экономическое издательство, 2021. – 130 с. – ISBN 978-5-91292-358-6. – DOI 10.18334/9785912923586. - EDN IKKNOR.Tishkov S.V., Nalivaichenko E.V., Volkov A.D., Scherbak A.P., Karginova-Gubinova V.V., Pakhomova A.A. Increasing energy efficiency of the economy of the Arctic zone of the Russian Federation: problems, prospects, methods of assessment. Moscow: First Economic Publishing House, 2021. - 130 с. - ISBN 978-5-91292-358-6. – DOI 10.18334/9785912923586. - EDN IKKNOR.M. Arun Noyal Doss, R. Naveenkumarb, R. Ravichandranc, J. Rengarajd, M. Manikandane. PV Fed Asymmetrical Switched Diode Multi Level Inverter With Minimum Number of Power Electronic Components. Energy Procedia, 2017, vol. 117, pp592-599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.05.155.M. Arun Noyal Doss, R. Naveenkumarb, R. Ravichandranc, J. Rengarajd, M. Manikandane. PV Fed Asymmetrical Switched Diode Multi Level Inverter With Minimum Number of Power Electronic Components. Energy Procedia, 2017, vol. 117, pp592-599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.05.155.Денисов, К. С. Решение задачи комплексного энергоснабжения автономного потребителя с целью уменьшения экономических затрат / К. С. Денисов, В. И. Велькин, А. Н. Тырсин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2019. – Т. 19, № 3. – С. 84–92. DOI 10.14529/power190309. – EDN EKYWXK.Denisov, K. S. Solution of the problem of complex power supply of an autonomous consumer in order to reduce economic costs / K. S. Denisov, V. I. Velkin, A. N. Tyrsin // Bulletin of SUSU. Series "Energetics". - 2019. - Т. 19, № 3. - С. 84-92. DOI 10.14529/power190309. – EDN EKYWXK.Y. Liu, J. Liu, Y. Chen, D. Wang, Y. Li, Z. Liu, H. Tang, C. Song. Study of the thermal performance of a distributed solar heating system for residential buildings using a heat-user node model. Energy and Buildings, 2022, Vol. 254, p. 111569. DOI https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111569.Y. Liu, J. Liu, Y. Chen, D. Wang, Y. Li, Z. Liu, H. Tang, C. Song. Study of the thermal performance of a distributed solar heating system for residential buildings using a heat-user node model. Energy and Buildings, 2022, Vol. 254, p. 111569. DOI https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111569.Москаленко Н.И. Численное моделирование воздействий метеосостояния атмосферы на эффективность ункционирования солнечных тепловых и электрических станций / Ахметшин А.Р., Сафиуллина Я.С., Додов И.Р., Хамидуллина М.С.// Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 5. С. 86-99. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-5-86-99Moskalenko N.I. Numerical modeling of the effects of atmospheric meteorological conditions on the efficiency of operation of solar thermal and electric power plants / Akhmetshin A.R., Safiullina Ya.S., Dodov I.R., Khamidullina M.S.// Izvestia of Higher educational institutions. PROBLEMS OF ENERGY. 2021. Vol. 23. No. 5. PP. 86-99. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-5-86-99Said S.M., Salama H.S., Hartmann B., Vokony I.A robust SMES controller strategy for mitigating power and voltage fuctuations of grid connected hybrid PV–wind generation systems. Electrical Engineering. 2019. Vol. 101. Iss. 3. P. 1019–1032. DOI https://doi.org/10.1007/s00202-019-00848-z.Said S.M., Salama H.S., Hartmann B., Vokony I.A robust SMES controller strategy for mitigating power and voltage fuctuations of grid connected hybrid PV-wind generation systems. Electrical Engineering. 2019. Vol. 101. Iss. 3. P. 1019-1032. DOI https://doi.org/10.1007/s00202-019-00848-z.Мобильные ветро-солнечные электростанции: состояние, перспективы и особенности проектирования / О.В. Григораш, Е.А. Денисенко, Д.Н. Грищенко, П.М. Барышев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2023. Т. 23, № 1. С. 48–55. – DOI 10.14529/power230105. – EDN: CRODXG.Mobile wind-solar power plants: state, prospects and design features / O.V. Grigorash, E.A. Denisenko, D.N. Grishchenko, P.M. Baryshev // Bulletin of SUSU. Series "Energetics". 2023. Т. 23, № 1. С. 48-55. – DOI 10.14529/power230105. – EDN: CRODXG.Modi A., Bühler F., Andreasen J. G., Haglind F. A review of solar energy based heat and power generation systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 67. P. 1041-1064. DOI https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.075Modi A., Bühler F., Andreasen J. G., Haglind F. A review of solar energy based heat and power generation systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 67. P. 1041-1064. DOI https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.075.F. Reda, M. Viot, K. Sipila, M. Helm. Energy assessment of solar cooling thermally driven system configurations for an office building in a Nordic country, Appl. Energy. 166 (2016) 27-43. – DOI 10.1016/j.apenergy.2015.12.119.F. Reda, M. Viot, K. Sipila, M. Helm. Energy assessment of solar cooling thermally driven system configurations for an office building in a Nordic country, Appl. Energy. 166 (2016) 27-43. – DOI 10.1016/j.apenergy.2015.12.119.Оценка функционирования солнечных электростанций в климатических условиях Севера / Н. П. Местников, П. Ф. Васильев, Н. С. Бурянина [и др.] // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2022. Т. 7, № 2(28). С. 101-110. – DOI 10.25744/genb.2022.37.74.011. – EDN: OUPGYM.Assessment of solar power plants functioning in the climatic conditions of the North / N. P. Mestnikov, P. F. Vasiliev, N. S. Buryanina [et al.] // Grozny Natural Science Bulletin. 2022. Т. 7, № 2(28). С. 101-110. – DOI 10.25744/genb.2022.37.74.011. – EDN: OUPGYM.Кузнецов, Н.М. Управление энергоэффективностью в регионах Арктической зоны Российской Федерации: монография / Н. М. Кузнецов // Апатиты: Издательство ФИЦ КНЦ РАН. – 2020. – 92 с.: ил. ISBN 9785911374341. – DOI 10.37614/978.5.91137.434.1. EDN GVUSWV.Kuznetsov, N.M. Energy efficiency management in the regions of the Arctic zone of the Russian Federation: a monograph / N.M. Kuznetsov // Apatity: Publishing house of FIC KSC RAS. - 2020. - 92 p.: ill. ISBN 9785911374341. – DOI 10.37614/978.5.91137.434.1. EDN GVUSWV.Коновалова, О. Е. Возобновляемые источники энергии в Мурманской области / О. Е. Коновалова, Н. М. Кузнецов // Промышленная энергетика. – 2018. – № 9. – С. 51-56. – EDN YOGUDJ.Konovalova, O. E. Renewable energy sources in the Murmansk region / O. E. Konovalova, N. M. Kuznetsov // Industrial Energy. - 2018. - № 9. - С. 51-56. – EDN YOGUDJ.Использование возобновляемых источников энергии для энергоснабжения потребителей в Арктической зоне Российской Федерации / О. С. Попель, С. В. Киселева, М. О. Моргунова [и др.] // Арктика: экология и экономика. – 2015. – № 1(17). – С. 64-69. – EDN TUUTMJ.Use of renewable energy sources for power supply to consumers in the Arctic zone of the Russian Federation / O. S. Popel, S. V. Kiseleva, M. O. Morgunova [et al.] // Arctic: ecology and economy. - 2015. - № 1(17). - С. 64-69. – EDN TUUTMJ.Минин, В. А. Перспективы использования солнечной энергии в Мурманской области / В. А. Минин, Т. И. Якунина, И. Л. Коробко // Проблемы энергообеспечения Мурманской области. – Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1992. – С. 73-81.Minin, V. A. Prospects for the use of solar energy in the Murmansk region / V. A. Minin, T. I. Yakunina, I. L. Korobko // Problems of energy supply of the Murmansk region. - Apatity: Kola Scientific Center of RAS, 1992. - С. 73-81.Апасова, Е. Г. Описание массива данных суммарной за месяц продолжительности солнечного сияния на станциях России. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015621446 / Е. Г. Апасова, Л. К. Клещенко [Электронный ресурс] http://meteo.ru/data/160-sunshineduration#описание-массива-данных (дата обращения 30.01.2024)Apasova, E. G. Description of the data array of the total monthly duration of solar shining at the stations of Russia. Certificate of state registration of the database No. 2015621446 / E. G. Apasova, L. K. Kleshchenko [Electronic resource] http://meteo.ru/data/160-sunshine-duration#описание-массива-данных (accessed on 30.01.2024).Колосов, Р. В. Моделирование солнечных батарей / Р. В. Колосов // Интеллектуальная электротехника. 2019. № 2. С. 85-93. – DOI 10.46960/2658-6754_2019_2_85. – EDN JVVVED.Kolosov, R. V. Modeling of solar batteries / R. V. Kolosov // Intellectual Electrical Engineering. 2019. № 2. С. 85-93. – DOI 10.46960/2658-6754_2019_2_85. – EDN JVVVED.Митрофанов С.В. Выбор оптимального угла наклона солнечных панелей для размещения их в произвольном регионе // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2023. Т. 23, № 1. С. 5–11. – DOI 10.14529/power230101. – EDN ZDAYFE.Mitrofanov S.V. Selection of the optimal angle of inclination of solar panels for their placement in an arbitrary region // Bulletin of SUSU. Series "Energy". 2023. Т. 23, № 1. С. 5-11. – DOI 10.14529/power230101. – EDN ZDAYFE.

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