Файл: Введение Одним из главных показателей, определяющих уровень развития общества, является его энерговооруженность.docx

Технические характеристики:

Номинальная выходная мощность	250 Вт (+ до 3 Вт)
Номинальное напряжение	между 12 и 24 В
Напряжение холостого хода Uхх	37,7 В
Напряжение при максимальной мощности, Uм	30,9 В
Ток при максимальной мощности, Iм	8,09 А
Ток короткого замыкания	8,76 А
Размеры модуля (длина, ширина, толщина)	1640x992x40 мм
Вес	19,6 кг
Солнечные элементы	60 шт.Grade A, монокристаллический кремний
Станина (рама)	Алюминиевый профиль толщиной 40 мм
Клеммная коробка	С 3 диодами, класс защиты IP65
Коннекторы	MC4 совместимые
Температура эксплуатации	от -40°C до +85°C

Установку панелей будут производить на крыше здания, в удаленности 20 м от самого дома.

Выбор аккумуляторных батарей и инвертора

Произведем расчет необходимой емкости накопителей для покрытия суточной потребности в электроэнергии. Напряжение батарей аккумуляторов принято равным ????акб = 12 (В), глубина разряда, с целью продления срока службы аккумуляторов, принята равной 30%. Тогда, требуемая емкость накопителей (????треб):

треб

Зная требуемую емкость и емкость одного аккумулятора, можно найти необходимое количество накопителей:

N =1,76 (кВт*Ч)

Согласно с расчетом выбираем аккумулятор: Delta Gel 12-200

Характеристики:

Емкость (25°C), С10, А*час	200
Размер (Д*Ш*В), мм	333*173*216
Вес, кг	32,5
Присоединение	под болт M8
Напряжение заряда при циклическом использовании, В	13,8-14,1 (Макс. ток: 20A)
Напряжение заряда в буферном режиме, В	13,38-13,62
Срок эксплуатации, лет	До 10
Емкость (25°C), С10, А*час	100

---

С запасом к установке 2 АКБ, соединенных параллельно. Емкость выбранного числа АКБ составит E=400 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. После анализа рынка, как наиболее оптимальный вариант, был выбран инвертор модели гибридный инвертор SILA V 2000P.

Для расширения диапазона работы солнечного инвертора в качестве промежуточного звена между солнечной батареей (СБ) и автономным инвертором напряжения (АИН) используется преобразователь постоянного напряжения. В качестве такого преобразователя энергии солнечных батарей (ПЭСБ) может выступать повышающий преобразователь или инвертирующий преобразователь. Подобные схемы обеспечивают высокий КПД за счёт минимума силовых элементов, при этом массо-габаритные показатели фильтра минимизируются высокими частотами преобразования. [11,12].

Так как потребителям требуется стандартное напряжение 220 В с частотой 50 Гц, между АБ и потребителем будет использоваться повышающий стабилизированный преобразователь напряжения. В тёмное время суток питание преобразователя (инвертора) будет осуществляться от АБ, которая заряжается днём. Выбор напряжения панели СБ и АБ делается с учётом следующих соображений:

Обеспечение безопасности СБ и АБ, которая снижается с ростом напряжения.

Достижение надёжности АБ и СБ. В высоковольтных схемах с напряжением 220 В надёжность снижается.

Высоковольтная АБ имеет большой разброс напряжения между элементами АБ и требует сложной системы балансировки для предотвращения отказа.

Уменьшении пульсаций входного напряжения преобразователя при работе от солнечной батареи на токовом участке ее вольт-амперной характеристики

Схема ФЭУ изображена на рис 6. Она состоит из преобразователя DC/DC постоянного напряжения: 12/48 В и инвертора DC/AC 20B – 220 B 50 Гц.



Рис. 6. Схема ФЭУ

Непосредственный однотактный повышающий преобразователь (ПП) электрической энергии (рис. 6), предназначен в качестве вторичного источника питания на входе автономного инвертора солнечной батареи. Основной принцип его работы состоит в коммутации электронных ключей (транзисторов), которая позволяет управлять выходными электрическими переменными с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

---

Рис. 7. Схема замещения повышающего преобразователя

Работа встроенного в микросхему DA1 транзисторного ключа SW иллюстрируется диаграммами на рис.7. Здесь представлен режим прерывистых токов РПТ (рис 8) и режим непрерывных токов РНТ (рис 8).



Рис. 8. Диаграммы токов индуктивности и диода VD в режиме: a) РПТ; б) РНТ

На каждом интервале непрерывности внутри периода коммутации ТS схема преобразователя имеет свой вид и решение системы производится на каждом участке непрерывности последовательно.

Общая стоимость работы

Наименование	Стоимость	Количество	Итого
Солнечная панель Exmork ФСМ-160М 160 ватт 12В Моно	8550	10	85500
Гибридный инвертор SILA V 2000P	21 000	1	21 000
Аккумулятор Delta GEL12-200	19 800	2	39 600
Дополнительные расходы на провода	6000	1	6000
Стоимость проделанной работы	10000	1	10000
Итого			162100

Заключение

В данной работе был разработан проект солнечной мини электростанции с накопителями электрической энергии, способной обеспечить бесперебойное электроснабжение автономного потребителя. В результате исследования построены графики выработки и потребления электрической энергии, выбраны тип и емкость аккумуляторных батарей, разработана структурная схема солнечной электростанции и выбрано основное оборудование в соответствии со схемой. Необходимое количество электрической энергии будут обеспечивать 10 солнечных модулей, бесперебойность электроснабжения обеспечивается за счет установки 4 накопителей, суммарной емкостью 800 А*ч и напряжением 12 В.

---

Разработана модель преобразователя в составе системы электропитания от солнечных батарей на базе микроконтроллера UC3845A. Проведено моделирование работы системы электропитания при варьировании нагрузки, питающего напряжения. Показано что система удовлетворяет требованиям по энергетическим показателям и по пульсациям. Произведён выбор элементной базы АБ, СБ. Для питания потребителей переменного тока используется промышленно выпускаемый инвертор.

Микросхема UC3845A, предназначенная для инвертирующих схем, может быть эффективно использована в качестве системы управления повышающим преобразователем различного применения, что позволяет повысить показатели энергоэффективности.

Повышающий преобразователь предполагается использовать в системе автономного энергопитания от солнечной батареи. Преимущества этого использования состоят в том, что на вход инвертора будет подано не просто напряжение от солнечной батареи (оно зависит от светового потока), а стабилизированное напряжение, разрабатываемое ПП. Это позволит снимать максимально возможную мощность с солнечной батареи.

Список литературы

1. 
   Солнечная энергетика: учебное пособие для вузов /под ред. Виссарионова В. И., М.: изд. дом МЭИ, 2008
   
2. 
   Осипов А.В., Шурыгин Ю.А., Шиняков Ю.А., Отто А.И., Черная М.М. Сопоставительный анализ энергетической эффективности преобразования энергии солнечной батареи преобразователями постоянного напряжения, Доклады ТУСУРа, №1 (27), март 2013, стр. 14
   
3. 
   Construction and the analysis of bifurcation charts of the dynamic processes proceeding in the boost voltage converter. Mikhalchenko S.G., Russkin V.A. International Siberian Conference on Control and Communications SIBCON2015, Omsk, Russia, may 2015.
   
4. 
   Новейшие способы применения солнечной энергии. URL: http://www.dsnews.ua
   
5. 
   Основных типа солнечных фотоэлектрических систем. URL: http://www.solarhome.ru/basics/pv/techsys.htm
   
6. 
   Солнечные панели. Исследование и режим работы. URL: http://www.solarenergo.ru/
   
7. 
   Аккумуляторы глубокого циклирования для автономных систем электроснабжения на возобновляемых источниках энергии. URL: http://solarhome.ru
   
8. 
   Инверторы. URL: http://solar.schneider-electric.com/
   
9. 
   Инверторы. URL: http://electrik.info/main/energy/868-invertordlyadomashneysolnechnoy-elektrostancii.html
   
10. 
    Расчёт средней ежедневной выработки электроэнергии URL: http://solarempire.ru
    
11. 
    Михальченко С.Г. Автоматизация анализа и синтеза импульсных преобразователей энергии с двухполярной реверсивной модуляцией. Кандидатская диссертация. Брянск, 2001.
    

---