Optimization of Solar Photovoltaics Tilt Angle for Hybrid Solar-Geothermal Heat Pump Applications in Extreme Cold Climate Regions of Northwestern Ontario, Canada
Notice bibliographique
Résumé
The global imperative to mitigate greenhouse gas emissions, combat air pollution, and manage escalating energy costs and demand underscores the critical role of renewable energy technologies. Solar photovoltaic (PV) systems present a viable solution by directly converting sunlight into electricity, especially for energy-intensive facilities in regions with high solar potential, such as Northwestern Ontario, Canada. The tilt angle of a PV panel is a fundamental parameter that significantly influences the amount of incident solar radiation, thereby directly affecting the system's power output and overall economic efficiency. This study employs location-specific experimental data and validated numerical modeling to determine the optimal monthly and annual tilt angles for a PV array intended to potentially power a geothermal heat pump (GHP) at the Thunder Bay Regional Health Sciences Centre located in a severe cold climate region of Northwestern Ontario. Optimizing this angle enhances efficiency, reduces operating costs, and improves the commercial viability of the hybrid system. Analysis revealed that the monthly optimal tilt angle varies from 3° in June to a maximum of 69° in December and January. The annual fixed-angle optimum is approximately 39°. Solar irradiance peaks in June at roughly 5.14 kWh/m², falling to its annual minimum in December at about 49.2% of this peak. To specifically support the GHP during its peak heating demand, a winter-optimized tilt of 67° is recommended. This configuration captures an average maximum of 3.14 kWh/m²/day during the coldest months, aligning solar energy harvest with the facility's highest heating loads. Furthermore, the site experiences a substantial variation in available solar energy hours, with monthly average daily daylight hours ranging from a low of 8.2 hours (in December) to a high of 15.8 hours (in June). The estimated annual optimum tilt angle of 39° for TBRHSC aligns with the 31°–45° range reported for similar latitudes, and the corresponding predicted solar irradiance of 3.94 kWh/m²/day shows good agreement (<7% difference) with international benchmarks. The study's primary applied contribution is the proposal of a load-specific, winter-optimized tilt of 67°—a strategic adaptation designed to enhance the technical and economic feasibility of integrated solar-GHP systems operating under the harsh climatic constraints of Northwestern Ontario.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».