Файл: Производственной практике (проектнотехнологической).docx
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 75
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
Выбор оборудования для разработки автономного источника электроэнергии на базе солнечных батарей
Осуществим выбор оборудования для разработки автономных источников электроэнергии на базе солнечных батарей.
Произведем расчет необходимой емкости накопителей для покрытия суточной потребности в электроэнергии, принимая в расчет среднюю суммарную энергию в киловатт-часах за ночь 5500 Вт. Напряжение батарей аккумуляторов принято равным ????АКБ = 12 В, глубина разряда, с целью продления срока службы аккумуляторов, принята равной 30%. Тогда, требуемая емкость накопителей (????треб):
Зная требуемую емкость и емкость одного аккумулятора, можно найти необходимое количество накопителей:
Согласно с расчетом выбираем аккумулятор Delta Battery GX 12-200.
Технические характеристики аккумулятора приведены ниже.
Рисунок 2.1. Delta Battery GX 12-200
С запасом к установке 4 АКБ, соединенных параллельно. Емкость выбранного числа АКБ составит E=800 А*ч, U=12 В. Ссылаясь на выбранную схему построения системы электроснабжения, необходимо произвести выбор оборудования для этой системы, в частности, подобрать инвертор.
Выбранный инвертор должен обеспечить необходимую выходную мощность, форму вырабатываемого тока, частоту, обеспечивать параллельную работу генераторов электрической энергии на нагрузку и на заряд аккумуляторов. Также он должен иметь входы постоянного тока, контроллеры заряда-разряда аккумуляторных батарей, выпрямитель. Все оборудование внутри шкафа должно быть согласовано между собой. Суммарная потребляемая мощность в течение дня составляет 5.5 кВт. После анализа рынка, как наиболее оптимальный вариант, был выбран инвертор модели Инвертор СибКонтакт ИС-48-3000 48/220 В (3000 Вт).
Рисунок 2.2. Инвертор СибКонтакт ИС-48-3000 48/220 В (3000 Вт)
Основным оборудованием является солнечная панель. Пока солнечный элемент освещается, процесс образования свободных электронов продолжается, соответственно, генерируется электричество. Материалы, из которых делается солнечный элемент - это полупроводники, обладающие особыми свойствами. В качестве солнечной панели выбираем солнечную панель, изготовленную из монокристаллических фотоэлектрических элементов.
Рисунок 2.3. Солнечная панель из монокристаллических фотоэлектрических элементов
Выбранное в данном пункте оборудование позволяет произвести дальнейшее исследование по разработке автономных источников электроэнергии на базе солнечных батарей.
-
Повышение энергоэффективности системы электроснабжения при выборе оборудования
Для выявления путей исследования необходимо рассмотреть особенности уже существующих систем автономного электроснабжения и их составных частей и провести экономический анализ с учетом всех факторов, которые могут повлиять на стоимость генерируемой ими электроэнергии. Как правило комплект оборудования дома солнечными батареями состоит из следующих элементов:
1) непосредственно сами солнечные батареи;
2) инвертор;
3) контроллер заряда;
4) аккумуляторы.
Средняя стоимость солнечных батарей составляет около 40% от стоимости всего комплекта, инвертора - 20%, аккумуляторных батарей - 30%, контроллера заряда - 10%. Определить стоимость всей системы можно на основе расчета энергосистемы, который состоит из следующих шагов:
1. Определение общей нагрузки и потребляемой мощности.
2. Определение необходимой мощности инвертора и емкости аккумулятор-ных батарей.
3. Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей, исхо-дя из данных по среднестатистическому количеству солнечной радиации в месте установки системы.
Чаще всего, к числу энергопотребителей относятся:
– освещение;
- система отопления;
- холодильное оборудование;
– кондиционирование;
- различная крупная и мелкая техника;
- насосное оборудование.
Для снижения нагрузки нужно рассмотреть все способы по повышению энергоэффективности. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы. Например, не рекомендуется использование ламп накаливания, так как они имеют малый срок службы и потребляют в 4-5 раз больше электроэнергии, чем люминесцентные лампы, и в 10 раз больше, чем светодиодные. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости аккумуляторных батарей (АБ). По возможности исключить нагрузку (такую как насосы для воды, наружное освещение, холодильники переменного тока, электронагревательные приборы и т.п) из системы или заменить ее на другие аналогичные модели, такие как приборы, работающие на газе или от постоянного тока. Начальная стоимость приборов постоянного тока обычно выше (потому что они выпускаются не в таком массовом количестве), чем таких же приборов переменного тока, но их использование позволит избежите потерь в инверторе. Более того, зачастую приборы постоянного тока более эффективны, чем приборы переменного тока (во многих бытовых приборах, особенно электронных, переменный ток преобразуется в постоянный, что ведет к потерям энергии в блоках питания приборов). Можно рассмотреть вариант, при котором нагрузка, которую нельзя исключить, будет либо включаться только в солнечные периоды, или только летом, либо получать питание от дополнительных источников энергии (дизель- или бензогенератор).
При выборе панелей фотоэлементов помимо их мощности следует учитывать три фактора — их геометрию, тип фотоэлементов и номинальное выходное напряжение. Геометрия определяется конкретными условиями установки. Для более эффективного использования площади и уменьшения внешних соединений, а значит повышения надежности, лучше использовать панели больших размеров. Панели небольших размеров (возможно, на меньшее номинальное напряжение) следует использовать только там, где невозможно установить более крупные панели. В настоящее время наиболее распространенны фотоэлементы на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии. Монокристаллический кремний обычно имеет КПД в районе 16-18%, а поликристаллический — 12-14%, зато он несколько дешевле. Однако в готовых 358 панелях цена за ватт (т.е. в пересчёте на вырабатываемую мощность) получается почти одинаковой, и монокристаллический кремний может оказаться даже выгодней. По такому параметру, как степень и скорость деградации, разницы между ними практически нет. В связи с этим более предпочтительными являются фотоэлементы на монокристаллическом кремнии, так как при равной мощности панели из него компактнее. Кроме того, при снижении освещённости монокристаллический кремний обеспечивает номинальное напряжение выше и дольше, чем поликристаллический, а это позволяет получать хоть какую-то энергию даже в очень пасмурную погоду и в лёгких сумерках.
Для достижения нужных значений напряжения и мощности панели объединяют в последовательные сборки, которые затем коммутируются параллельно. Панели имеют номинальное напряжение 12 и 24 В. Панели с номинальным напряжением выше 24 В встречаются редко и обычно собираются из более низковольтных. Выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими батареями зависит от потока света и угла падения солнечных лучей на солнечные батареи. Очевидно, что они не способны обеспечить стабильного электроснабжения, поэтому непосредственным источником энергии являются аккумуляторные батареи, постоянное напряжение которых, при необходимости, преобразуется в переменное напряжение промышленной частоты и стандартного значения. В качестве аккумуляторной батареи рекомендуется использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые обладают самыми лучшими эксплуатационно-экономическими параметрами.
Для эффективного и «правильного» заряда аккумуляторов от солнечных батарей применяются контроллеры заряда. Мощность инвертора зависит от максимальной мощности электроприемников переменного тока. Обычно нет смысла выбирать суммарную мощность панелей фотопреобразователей больше мощности инвертора. Однако, такое превышение может быть оправдано при наличии мощного блока аккумуляторов в расчёте на длительные периоды пасмурной погоды или при наличии мощной постоянной нагрузки. Так же стоит принять во внимание тот факт, что потери энергии в инверторе могут составлять от 10% до 40%.
Заключение
При разработке проекта на тему “Автономные источники электроэнергии на базе солнечных батарей” мной были рассмотрены вопросы об использовании мини-электростанции на базе солнечных батарей, которые будут накапливать электроэнергию с помощью встроенных АКБ, а также преобразовывать напряжение с помощью инвертора.
Выбранная мной система электроснабжения потребителей на базе солнечных батарей позволяет повысить эффективность и снизить энергозатраты в процессе эксплуатации. Повышение энергоэффективности достигается путем применения контроллеров заряда.
В первом пункте данной работы был дан обзор литературных источников по теме исследования. В ходе обзора были выделены основные термины, направления и методики работы по теме.
Список литературы
1. Рыжков, И. Б. Основы научных исследований и изобретательства: учебное пособие / И. Б. Рыжков. — 3-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, 2019. — 224 с. — ISBN 978-5-8114-4207-2. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/116011 (дата обращения: 22.11.2021). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
2. Особенности перевода научных текстов: учебное пособие /Сост.: Г.З. Гилязиева, Д.А. Демидкина. – Казань: Казан.гос. энерг. ун-т, 2019. ‒ 77 с.
3. Основы научных исследований [Текст] : теория и практика : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальностям в области информационной безопасности / В. А. Тихонов [и др.] ; [под ред. В. А.Тихонова]. - Москва : Гелиос АРВ, 2006. - 349, [1] с. : ил. - Библиогр.: с. 345-347 (40 назв.). - ISBN 5-85438-144-3 : Б. ц.
4. Рузавин Г.И.Методология научного познания : Учеб.пособие для вузов / Г. И. Рузавин. — М.: ЮНИТИ-ДАНА , 2005. — 287 с.
5. Информационные системы: учебное пособие. Мухутдинов Э.А., Тахавутдинов Р.Г. Казань: Казан.гос. энерг. Ун-т, 2004. – 80 с.
6. Н.Герасименко, Ю. Пархоменко. Кремний – материал наноэлектроники / Москва: Техносфера, 2007. — 351 с.
7. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Москва: Энергоатомиздат, 1991. – 208 с.
8. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции / Москва: ДМК Пресс, 2011. ─ 144 с.
9. Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии / Москва: Энергоиздат, 1981. ─ 216 с.
10. В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К.Малинин. Солнечная энергетика. Методы расчетов / Москва: «Солнечная энергетика» МЭИ, 2008. – 317 с.
11. C.Lupangu, R.C.Bansal. A review of technical issues on the development of solar photovoltaic systems. // 2017 Protection Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 73, Pages 950-965 doi: 10.1016/j.rser.2017.02.003
12. Farid Katiraei, Julio Romero Agüero. Solar PV Integration Challenges // 2011 IEEE Power and Energy Magazine, Volume: 9, Issue: 3, doi: 10.1109/MPE.2011.940579
13. Alberto Boretti. Cost and production of solar thermal and solar photovoltaics power plants in the United States. // 2018 Renewable Energy Focus, Volume 26, Pages 93-99 doi: 10.1016/j.ref.2018.07.002
14. A review of solar photovoltaic technologies. Bhubaneswari Paridaa, S.Iniyanb, Ranko Goicc. // 2011 Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 15, Issue 3, Pages 1625-1636 doi: 10.1016/j.rser.2010.11.032
15. Dragana D.Milosavljević, Tomislav M.Pavlović, Danica S.Piršl. Performance analysis of A grid-connected solar PV plant in Niš, republic of Serbia. // 2015 Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 44, Pages 423-435 doi: 10.1016/j.rser.2014.12.031
16. Luigi Dusonchet, Enrico Telaretti. Economic analysis of different supporting policies for the production of electrical energy by solar photovoltaics in western European Union countries// 2010 Energy Policy, Volume 38, Issue 7, Pages 3297-3308 doi: 10.1016/j.enpol.2010.01.053
17. Zhenling Liu. What is the future of solar energy? Economic and policy barriers // 2018 Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy Volume 13, Issue 3. doi: 10.1080/15567249.2017.1416704
18. Muran Li, Na Li, Ming Shan, Xudong Yang. Mathematical model development and optimal design of the horizontal all-glass evacuated tube solar collectors integrated with bottom mirror reflectors for solar energy harvesting. // 2019 Applied Energy, Volume 238, Pages 54-68 doi: 10.1016/j.apenergy.2019.01.006
19.Shoroug Alweheshi, Aisha Abdelali. Photovoltaic Solar Energy Applications in Libya: A Survey. // 2019 10th International Renewable Energy Congress (IREC). doi: 10.1109/IREC.2019.8754527
20.Mohammad Hossein Ahmadi, Mahyar Ghazvini . Solar power technology for electricity generation: A critical review. // 2018 Energy science & Engineering doi: 10.1002/ese3.239
21. Azzam Abu-Rayash, Ibrahim Dincer . Development and analysis of an integrated solar energy system for smart cities. // 2021 Sustainable Energy Technologies and Assessments, Volume 46 doi: 10.1016/j.seta.2021.101170
22. Mert Temiz, Ibrahim Dincer. Enhancement of solar energy use by an integrated system for five useful outputs: System assessment. // Sustainable Energy Technologies and Assessments, Volume 43 doi: 10.1016/j.seta.2020.100952