Представлено обгрунтування вибору методу реалізації програмного забезпечення для моделювання процесів переносу заряду у фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах.

Надано результати роботи щодо реалізації та застосування програмного забезпечення для моделювання процесів переносу заряду в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах.

Наведено можливість використання адаптивного числового алгоритму з повністю нерівномірною сіткою для дослідження процесів переносу заряду в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах з нелінійними параметрами переносу.

Наведено результати дослідження нестійкості процесів переносу заряду в фотоелектричних і електрохімічних перетворювачах з нелінійними параметрами переносу.

Представлено програмне забезпечення та область його застосування для числового моделювання двовимірних процесів у фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах з нелінійними параметрами переносу.

Представлено розв'язання двовимірної задачі розподілу зарядів з нелінійними параметрами їх переносу в фотоелектричних і електрохімічних перетворювачах із використання адаптивного чисельного алгоритму з повністю нерівномірною сіткою і рекурсивними підсітками.

Розглянуто особливості застосування теореми Умова - Пойнтинга в диференціальній та інтегральній формах для аналізу усередненої по об'єму температури фотобатарей та сонячних колекторів на основі використання теореми про дивергенцію для векторних інтегральних операцій.

На підставі використання теореми про дивергенцію розроблено метод розрахунку середньої температури фотоелектричних батарей. У результаті натурних експериментальних досліджень встановлено, що результати теоретичного аналізу та експериментальні дані якісно узгоджуються.

Запропоновано новий метод числово-аналітичного моделювання нелінійних процесів переносу зарядів в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах енергії для підвищення стійкості енергетичних систем на основі фотоелектричних джерел живлення. Розроблено узагальнені теоретичні основи стійкості систем на основі фотоелектричних та електрохімічних перетворювачів енергії, а також адаптивний алгоритм числового моделювання та програмне забезпечення для моделювання нелінійних процесів переносу зарядів в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах енергії. Вирішено наукове завдання щодо підвищення ефективності числово-аналітичного моделювання нелінійних процесів переносу зарядів в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах енергії. Результати роботи використовуються в ІВЕ НАН України під час виконання НДР з фундаментальних досліджень, а також впроваджені в учбових закладах Києва: на кафедрі "Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії" Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" та у Національному університеті харчових технологій України.

Представлено модифікований адаптивний алгоритм, який дозволяє оптимізувати витрату часових та обчислювальних ресурсів при чисельному моделюванні процесів переносу зарядів у фотоелектричних перетворювачах енергії для випадку, коли на розрахунковій області виникають локалізовані зони з великими значеннями градієнта шуканої функції.

Представлено реалізацію інтерактивної карти показників надходження сонячної енергії на території України, використання якої дозволяє оперативно визначати ефективність застосування сонячного енергетичного обладнання в зонах впровадження. Основними параметрами, що використовуються проектувальниками об'єктів сонячної енергетики для вибору типу обладнання (сонячні теплові, фотоелектричні установки, тощо) та для встановлення їх оптимальної потужності для ефективного застосування в конкретній місцевості, є інтенсивність надходження сонячної радіації і температура зовнішнього повітря. Сонячне випромінювання, яке надходить на будь-яку поверхню, складається з прямої і розсіяної сонячної радіації та випромінювання, що відбивається від поверхні Землі і різних предметів, розташованих поблизу цієї поверхні. Надходження сумарної сонячної радіації змінюється протягом дня, року та з року в рік, однак, її середньо-річні значення за багаторічний період досить стійкі. Використання інтерактивної карти потенціалу сонячної енергії на території України дозволяє зробити географічну прив'язку наявних показників надходження сонячної радіації в даній місцевості (середньомісячна і середньорічна кількість прямої, розсіяної та сумарної сонячної радіації) для більшої зручності роботи з цими даними та можливістю отримання статистики за бажаний період, а також проведення розрахунків для отримання необхідних параметрів сонячного енергетичного обладнання у конкретній місцевості. Таким чином підвищується ефективність впровадження сонячного енергетичного обладнання і прискорюється визначення того, якого типу і з якими характеристиками сонячну енергетичну установку найбільш доцільно використовувати залежно від територіального розміщення, погодних умов та співвідношення прямої та розсіяної енергії сонячної радіації. Реалізація перспектив широкомасштабного впровадження систем енергопостачання за рахунок використання енергії сонячної радіації також вимагає урахування екологічних, соціальних та економічних особливостей кожного з регіонів України.

Використання сучасних сонячних колекторів забезпечує високий рівень освоєння енергії сонячного випромінювання та стабільність гарячого водопостачання на протязі всього року на всій території України. На сучасному етапі розвитку сонячної теплоенергетики на перше місце виходять проблеми ефективного використання енергії сонячної радіації за рахунок застосування передових технологій та встановлення оптимальних параметрів енергетичного обладнання. Представлений в роботі порядок визначення ефективності використання систем сонячного гарячого водопостачання забезпечує отримання енергетичних та економічних параметрів сонячного теплоенергетичного обладнання у конкретній місцевості, визначення типу і параметрів геліоустановок для їх максимально ефективного застосування. Вибір типу та продуктивності сонячних колекторів для певної місцевості в першу чергу орієнтовано на потреби конкретного споживача та питомі показники з надходження сонячної радіації в даній місцевості (середньомісячна і середньорічна кількість прямої, розсіяної та сумарної сонячної радіації). На основі представлених даних визначається приведена добова інтенсивність поглинання сонячним колектором сонячної радіації із врахуванням робочих параметрів геліотехнічної установки та оптимального кута нахилу до горизонту. Розрахункові енергетичні параметри надалі використовуються для встановлення економічної ефективності, строку окупності геліоустановки та екологічної ефективності за рахунок зменшення викидів вуглекислого газу. Сонячне теплопостачання в Україні має достатній досвід викоpистання і розвинену нормативну базу для пpоектування, а технологічний потенціал промисловості дозволяє вирішити завдання масового виробництва геліотехнічного обладнання. Запропонований порядок оперативного встановлення ефективності впровадження систем сонячного гарячого водопостачання для потенційних споживачів сприятиме широкому освоєнню сонячної теплової енергії на всій території України і, відповідно, зменшенню обсягів використання органічного палива та поліпшенню стану оточуючого середовища.

Представлено результати досліджень щодо розвитку вітчизняної сонячної енергетики, напрямів використання та перспектив впровадження гібридних сонячних енергосистем. Завдяки екологічним перевагам сонячних технологій та наявності значного енергетичного потенціалу сонячного випромінювання сонячна енергетика є одним із найперспективніших напрямів декарбонізації енергетики України. Встановлення Україною 2021 року більш високих цілей щодо скорочення викидів у Національно визначених внесках передбачає використання в загальній структурі електроенергетики значної частки сонячних потужностей. Широкомасштабне впровадження різних видів сонячних технологій сприятиме виходу держави зі складної енергетичної й екологічної ситуації. Нагальним на даний час є впровадження сонячного електроенергетичного та теплового обладнання у процесі відновлення зруйнованих під час війни та побудови нових будівель приватного і промислового призначення для забезпечення автономного електро- та теплопостачання житлових і виробничих об'єктів. Оскільки в Україні з кожним роком дедалі більше зростає попит на охолодження у теплий період року, актуальним стає використання сонячних теплових колекторів та комбінованих PVT-систем не тільки для опалення та гарячого водопостачання, але й для охолодження. Під час використання гібридних систем кондиціонування повітря, що повністю або частково отримують електричне живлення за рахунок фотоелектричного джерела, пік потенційного навантаження збігається з максимальним виробленням електроенергії. Тому цей напрям використання сонячної енергії є надзвичайно перспективним для застосування у різних сферах господарювання, зокрема у транспортному секторі. Впровадження зразків гібридних сонячних енергосистем, компоновка яких представлена в роботі, забезпечить ефективне використання сонячної енергії в різних сферах господарювання та суттєве зменшення шкідливих викидів. Це є однією з пріоритетних задач як на сучасному етапі розвитку енергетичної галузі України, так і на довгострокову перспективу.

Представлено результати аналітичних досліджень щодо стану та перспектив розвитку сонячної теплової енергетики у світі та в Україні. Завдяки екологічним перевагам сонячних теплових технологій їх широке застосування є одним із перспективних напрямів декарбонізації світової енергетики. Розвитку сонячної теплоенергетики у світовій енергетиці приділяється серйозна увага і підтримка. Детальний огляд загальних світових тенденцій із документуванням сонячної теплової потужності, визначенням внеску сонячних теплових систем у постачання енергії та обсягів зменшення викидів вуглекислого газу за рахунок їх застосування показує постійно зростаючий попит на такі системи. У країнах з високим рівнем впровадження сонячного теплового обладнання створено повний комплекс нормативно-правового забезпечення даного процесу, на основі нормативно-методичного забезпечення і пакету засобів економічної підтримки діють ефективні державні програми. Завдяки наявності значного енергетичного потенціалу сонячного випромінювання широке впровадження теплоенергетичного обладнання в Україні є ефективним практично на всій території. Сонячне теплове обладнання має широкий діапазон використання в різних галузях господарювання України, його встановлення не потребує спеціальних дозволів, що значно скорочує терміни впровадження. Теплові процеси, які використовують енергію сонячного випромінювання, досліджені та опрацьовані майже для всіх напрямів теплових технологій, на ринку сонячного енергетичного обладнання є широка гама необхідних пристроїв та обладнання, однак в Україні практично відсутні моніторинг та заходи стимулювання їх впровадження. Для забезпечення масштабного впровадження сонячних теплових технологій в Україні необхідно створити комплекс нормативно-правового забезпечення даного процесу і розробити заходи щодо економічної підтримки як виробників енергетичного обладнання, так і споживачів теплової енергії. Відповідним державним органам необхідно підвищити рівень моніторингу даних щодо ефективності їх встановлення та експлуатації на території України. Важливим напрямом роботи є створення розгалуженої інфраструктури теплової сонячної енергетики з підрозділами на рівні місцевих територіальних громад.