Добавить новость
ru24.net
News in English
Июль
2024

Towards Net-Zero Energy Houses: Optimizing the Size of Photovoltaic Systems Researchers develop a framework to easily determine the optimal size of solar panels and batteries needed in residential neighborhoods.

0

A new mathematical framework makes it simple to determine the optimal sizing for solar panels and batteries in households, report scientists at Tokyo Tech. By formulating a novel optimization problem and applying transformations to make it tractable, the proposed approach can quickly calculate the photovoltaic systems needed to turn homes into net-zero energy houses.

Residential buildings account for a large percentage of global energy consumption, and many countries around the world are looking into effective solutions to this issue amidst the ongoing energy crisis. Consistent with global efforts to shift away from fossil fuels, an attractive option is to make houses self-sufficient by having them generate their electricity—something that is usually achieved using photovoltaic (PV) systems.

One recurrent problem when trying to promote PV systems in residential areas is calculating what size of solar panels and batteries are optimal for each house. Though it may seem deceptively simple, finding the optimal solution to this problem for many houses quickly becomes computationally intensive. This gets even worse if one accounts for a lot of uncertain factors, including variations in average solar radiation, energy consumption patterns, and the possibility of energy sharing between homes.

Against this backdrop, a research team from Japan, including Professor Takeshi Hatanaka from the Tokyo Institute of Technology, has come up with a new and efficient way of solving the above-mentioned optimization problem. As explained in their paper, which was recently published in IEEE Access on 6 June 2024, the proposed approach aimed to realize net-zero energy houses (ZEHs)—that is, houses designed to have an annual net energy consumption close to zero. This work was collaborative research with Waseda University and University of Toyama.

First, the researchers formulated the optimization problem as a system of mathematical equations and inequalities that, when solved, provide the optimal sizing of PV panels and batteries in terms of both cost and carbon neutrality. They considered cases in which each home has to produce its energy alone, as well as cases in which energy sharing between homes is allowed, which is referred to as a 'sharing economy.'

The main challenge the team had to address was the fact that such complex optimization problems are usually nonconvex. In other words, due to the nature of the problem, solver algorithms can get tricked into settling for a suboptimal solution. To address this issue, the researchers applied a series of clever transformations to turn the original problem into a linear programming (LP) problem, which is more easily tractable.

Afterward, to test their approach, the team applied the proposed framework to a neighborhood in Japan, for which both the energy consumption and solar generation data were available for 134 households. As expected, they could quickly find the optimal solutions for both individual and sharing economies. "Our numerical examples leveraged real-world data instead of relying on synthetic data, enhancing the authenticity of our findings," highlights Hatanaka. "We demonstrated that attaining ZEH status does not significantly elevate costs, which implies that it is a feasible goal for residential houses in Japan."

Worth noting, the above experiment also revealed that commercially available solvers were unable to solve the original optimization problem due to its sheer complexity. "When considering about two months of data, the original problem becomes computationally challenging, taking up to 14 hours to be solved by commercial solvers. In contrast, the full problem can be solved in less than ten seconds using our LP transformations,".

Taken together, the findings of this study could contribute significantly to the adoption and rollout of renewable energy systems in residential neighborhoods by enabling planners to get the sizing of solar panels and batteries just right. Let us hope these efforts pave the way to cities full of ZEHs!

Reference

Authors :
A. Daniel Carnerero1*, Taichi Tanaka1, Mengmou Li2, Takeshi Hatanaka1, Yasuaki Wasa3, Kenji Hirata4, Yoshiaki Ushifusa5, and Takanori Ida6
Title :
Net-Zero Energy House-Oriented Linear Programming for the Sizing Problem of Photovoltaic Panels and Batteries
Journal :
IEEE Access
DOI :
Affiliations :

1 Department of Systems and Control Engineering, School of Engineering, Tokyo Institute of Technology, Japan

2 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University, Japan

3 Department of Electrical Engineering and Bioscience, School of Advanced Science and Engineering, Faculty of Science and Engineering, Waseda University, Japan

4 Department of Electrical and Electronic Engineering, School of Engineering, University of Toyama, Japan

5 Faculty of Economics and Business Administration, The University of Kitakyushu, Japan

6 Graduate School of Economics, Kyoto University, Japan

* Corresponding author's email: carnerero@hfg.sc.e.titech.ac.jp

School of Engineering
—Creating New Industries and Advancing Civilization—

Information on School of Engineering inaugurated in April 2016

School of Engineering

Schools, Departments, and Institute for Liberal Arts

Further Information

Professor Takeshi Hatanaka

School of Engineering, Tokyo Institute of Technology

Email hatanaka@sc.e.titech.ac.jp

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Уфа готовится принять гостей форума «Россия – спортивная держава»

За прошедшую неделю подмосковные росгвардейцы выезжали более 2100 раз по сигналам «Тревога» с охраняемых объектов

Уфа готовится принять гостей форума «Россия – спортивная держава»

Выставка «Павка Корчагин — герой Поднебесной»


Певица Астрид Хан представила песню "Дом"

Мари Краймбрери, Клава Кока, bearwolf и не только! Like FM устраивает звездный девичник

Гастроэнтеролог Садыков назвал 3 основные причины непреодолимой тяги к сладкому

Туроператоры рассказали, где отдохнуть в России осенью и на Новый год, и раскрыли стоимость


We save HUNDREDS on UK attraction tickets with our free Blue Peter Badge – yes they still exist and anyone can get one

Katie Santry's Viral TikTok Videos Lead to Police Investigation for Possible Body Buried in Her Backyard

Game on: Automakers expand video entertainment options in vehicles

My husband and I just took our first kid-free vacation. It helped me realize how much he's changed since becoming a father.


Умные очки Meta* использовали для слежки за ничего не подозревающими людьми

Брандушка разноцветная

Ни дня без иска против IT-гигантов: на Meta* подали в суд из-за авторских прав

Стартовал физкультурно-спортивный фестиваль для людей с инвалидностью «Сочи-2024»


The Big Catch: Tacklebox is the hardest 3D platformer I've ever played, 8+ hours long, and a free to play 'prologue' to a bigger, better game on the way

I'm terrified for my free time after a few hours with the Dead Cells developer's new frantic co-op roguelike out this month

The Case of the Golden Idol has done so well that it's getting a free definitive edition upgrade

Epic Boss Tim Sweeney says Unreal Engine 6 will be a 'metaverse' joining Fortnite and other Unreal games, including an upcoming 'persistent universe' in development with Disney



ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Мари Краймбрери, Клава Кока, bearwolf и не только! Like FM устраивает звездный девичник

Детское радио поддерживает миссию «Заступник»

Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.




В Москве задержали курьера мошенников, похитившего 8,7 млн рублей

В Москве пройдет выставка художников-акварелистов из России и Беларуси

Релиз трека. Релиз новой песни. Релиз сингла. Релиз Музыкального альбома.

Индивидуальные кухни на заказ в Санкт-Петербурге


Еще 9 участков дорог отремонтировали в Химках

Форварда сборной Казахстана признали лучшим в КХЛ

Анонсирован визит Путина в Туркменистан

Встроенный шкаф на заказ в Санкт-Петербурге


Даниил Медведев выходит в 4-й раунд ATP Шанхая после победы над Арнальди

«Стали хуже после коронавируса»: Медведев неприличным образом привлёк внимание к проблеме с мячами

Синнер сделал предложение Калинской на вечеринке в Нью-Йорке. Россиянка согласилась

Самсонова и Кочаретто вышли в полуфинал турнира WTA 1000 в Пекине в парном разряде


Военный эксперт о падении БПЛА «Охотник»: не катастрофично

тает снег на висках прости аллах

Анонсирован визит Путина в Туркменистан

ракетные катера


Музыкальные новости

У дочери Элвиса Пресли было плохое предчувствие перед смертью певца

Placebo заявили, что в их новой документалке много «унизительных» моментов

Раскрутка Сайта Москва. Заказать раскрутку сайта. SEO раскрутка сайта. Раскрутка сайта ru.

Shot: диско-бабушка с концерта Лазарева отметила 66-летие в Москве



За прошедшую неделю подмосковные росгвардейцы выезжали более 2100 раз по сигналам «Тревога» с охраняемых объектов

Детское радио поддерживает миссию «Заступник»

Мари Краймбрери, Клава Кока, bearwolf и не только! Like FM устраивает звездный девичник

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный


"Кассандра" двинется на Ростов? Вадим Самойлов с военным оркестром. Охота на ворон и бобров. Тараканы под следствием. Энциклопедию отменили?

«Москва преподносится в определенном свете за рубежом». В ЦСКА ответили, что беспокоило Пьянича перед приездом в РФ

Путин поздравил Рахмона с днем рождения в преддверии его визита в Москву

Талант и энергетика Максима Аверина в авторском моноспектакле вызывают восхищение


Сахарный диабет: Светофор здоровья показывает, как эта болезнь изменилась испокон веков с течением времени

Пробки на дорогах Подмосковья оценили в 5 баллов утром 7 октября

Массовая авария произошла на Варшавском шоссе в Москве

Как первый «Запорожец» стал легендой советского автопрома


В Кремле заявили, что Путин встретится с Лукашенко 9 октября

Лукашенко прилетел в Москву для встречи с Путиным

Путин отмечает день рождения

Лукашенко поздравил президента РФ Путина с днем рождения


Врач Водовозов: симптомы FLiRT похожи на признаки ОРВИ




Инвалид из Москвы оспаривает в Верховном суде ограничение родительских прав

Отец-инвалид из Москвы оспаривает в Верховном суде ограничение родительских прав

Что изучает урология и какие заболевания лечит?

Психолог Роман Цветков: «Ментальное здоровье женщин зависит от нас, мужчин»


Нарышкин: Киев развернул террористическую войну без шансов на победу


Московские клубы сошлись в пару // Победив «Динамо», ЦСКА догнал конкурента

Актриса из Новосибирска пришла на матч Динамо-Спартак с плакатом «Ищу мужа»

Росгвардия обеспечила правопорядок на спортивных мероприятиях в Москве

Стоянов показал Брежневу пародию на него: «Думал, что все… Но человек оказался с большим чувством самоиронии»


Лукашенко: Минск ценит позицию Путина по развитию отношений с Белоруссией

Лукашенко поздравил президента РФ Путина с днем рождения



Собянин: в Троицке будет построен ледовый центр

Собянин: Ежегодно в Москве открывается около 150 промышленных предприятий

Сергей Собянин поздравил Владимира Путина с 72-летием

Мэр Москвы рассказал о развитии социальной инфраструктуры ТиНАО


Hybrid запустил Copilot — инновационного помощника для лёгкого запуска программатик рекламы

Что такое радиационный туман и опасен ли он

Более пяти тысяч растений-экофильтров высадили в столичных очистных сооружениях в этом году

Новой 18-летней «Мисс России» вручили миллион рублей и корону из белого золота


Содружественные страны // Главы МИДов государств СНГ выступили на разогреве перед лидерами

Детское радио поддерживает миссию «Заступник»

Момент массового ДТП с самосвалом на трассе М-2 попал на видео

Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.


Творческие коллективы со всей России выступили на фестивале в Павловском Посаде

У соседей Архангельской области снегопад парализовал движение, на трассах образовались заторы

В Поморье более 4000 человек посетили мероприятия акции «День краеведческих знаний»

Архангельск станет одной из площадок Всероссийского марафона «Знание. Первые»


Безногий дрессировщик хищников

В Новочеркасске состоялось открытие памятника советскому врачу Валентину Войно-Ясенецкому

Выставка рисунков «За животных в ответе и взрослые и дети», к Всемирному дню защиты животных.

Главное за день: 5 октября


Тамбовские баскетболисты начинают новый сезон в СуперЛиге

Момент массового ДТП с самосвалом на трассе М-2 попал на видео

Анонсирован визит Путина в Туркменистан

Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
WTA

Гауфф обыграла Бадосу и стала первой финалисткой турнира WTA 1000 в Пекине






Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.

Тамбовские баскетболисты начинают новый сезон в СуперЛиге

В Москве пройдет выставка художников-акварелистов из России и Беларуси

Талант и энергетика Максима Аверина в авторском моноспектакле вызывают восхищение