Использование солнечной энергии для обеспечения

Чуйков С.А.
Использование солнечной энергии для обеспечения
собственных нужд феодосийского техникума
Целью работы является снижение расходов за
применением нового оборудования, оснастки и технологий.
электроэнергию
с
ВВЕДЕНИЕ
Солнечная электростанция - инженерное сооружение, служащее
преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы
преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции
электростанции.
Получение электроэнергии от солнца давно применяется во всем мире.
Главной задачей ученых на данный момент является необходимость так
усовершенствовать имеющиеся технологии, чтобы как можно больше увеличить
их КПД (20 – 30 %).
В данной работе будут рассмотрены перспективы установки альтернативной
энергетики на базе солнечных панелей для обеспечения электроэнергией КРФУЗ
«Феодосийский политехнический техникум». Будут рассмотрены варианты по
групповой компоновке солнечных панелей для большей экономии.
Виды получения энергии из солнца
1. фотоэлектрические - непосредственно преобразуют солнечную энергию в
электроэнергию при помощи фотоэлектрического генератора.
2. термодинамические - преобразуют солнечную энергию в тепловую, а
потом в электрическую; мощность термодинамических солнечных электростанций
выше, чем мощность фотоэлектрических станций.
При расчетах мощности панелей принимаю во внимание коэффициент
солнечной инсоляции.
Коэффициент солнечной инсоляции определят количество
электромагнитной энергии (радиации), падающей на поверхность земли. Уровень
солнечной инсоляции выражается, как правило, в кВт*час/м2 и является
усредненным значением количества энергии солнца, которое попадает на метр
квадратный поверхности земли в течение суток.
Коэффициент
солнечной
инсоляции
Среднемесячная
Потребляемая
выработка
мощность
энергии
одним В*А
Количество
панелей
Шт.
модулем Вт*ч
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
1,27
2,06
3,05
4,30
5,44
5,84
6,20
5,34
4,07
2,67
1,55
1,07
330,2
535,6
793
1118
1414,4
1518,4
1612
1388,4
1058,2
694,2
403
278,2
13123
16791
16589
15520
7680
5446
4836
4119
6042
6167
10394
11278
39,7 ≈ 40
31,3 ≈ 32
20,9 ≈ 21
13,8 ≈ 14
5,4 ≈ 6
3,6 ≈ 4
3≈3
2,9 ≈ 3
5,7 ≈ 6
8,8 ≈ 9
25,7 ≈ 26
40,5 ≈ 41
Для установки принимаем панель со следующими техническими
характеристиками
Таблица 2 - Технические характеристика выбранной панели
Монокремний
Стоимость еѐ составляет
7285 руб.
Солнечная панель
260 Вт, 24 В
Ток при максимальной мощности
8,41 А
Ток короткого замыкания
8,92 А
Размеры (ДxШxВ)
1650 мм x 995 мм x 50 мм
Вес:
19 кг
Для того что бы система могла питать потребителя ночью, когда панели не
работают
выбираем
аккумуляторы
закрытого
типа,
герметичные,
необслуживаемые, со сроком эксплуатации 10-15 лет.
Таблица 6 - Технические характеристики аккумулятора
Номинальное напряжение, В:
12
Номинальная емкость (20-и часовой 199.2
разряд), А*ч:
Рекомендуемый ток заряда, А:
20,0
Максимальный ток разряда, А:
1000
Размеры (Д x Ш x В), мм:
520 x 240 x 220
Цена
15480 руб.
После расчета мощности разбиваем количество панелей на 3 группы, т.к.
использующиеся комплектующие к панелям не достаточно мощны для того что
бы подключить их все вместе.
Широтно-импульсная модуляция управление средним значением напряжения на
нагрузке путѐм изменения скважности импульсов, управляющих ключом.
Различают аналоговую ШИМ ицифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую)
ШИМ и троичную (трѐхуровневую) ШИМ.
Скважность, это — отношение периода следования импульсов к длительности
импульса
1.Заряд максимальным током: на этой стадии батарея получает весь ток,
поступающий от солнечных модулей.
2. ШИМ заряд: когда напряжение на АБ достигает определенного уровня,
контроллер начинает поддерживать постоянное напряжение за счет ШИМ тока
заряда. Это предотвращает перегрев и газообразование в аккумуляторе. Ток
постепенно уменьшается по мере заряда аккумуляторной батареи.
3. Выравнивание: Многие батареи с жидким электролитом улучшают свою
работу при периодическом заряде до газообразования, при этом выравниваются
напряжения на различных банках АБ и происходит очищение пластин и
перемешивание электролита.
4. Поддерживающий заряд: Когда АБ полностью заряжена, зарядное
напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или
газообразования в батарее. АБ поддерживается в заряженном состоянии.
Таблица 8 - Технические характеристики контроллера ШИМ
система напряжения
48 вольт;
максимальный ток
60А
размеры
128×188×61 мм
Тип контроллера
ШИМ
Цена
7747 руб.
После чего выбираем МРРТ контролер – это аббревиатура от (Maximum power
point tracker), что в переводе означает слежение за точкой максимальной
мощности.
Таблица 9 - Технические характеристики контроллера MPPT
Номинальное напряжение
12, 24, 36, 48, 60 В=
Максимальная сила тока
Рекомендуемая мощность 12 В: 1000 Вт
Эффективность
Зарядное устройство 5 стадий:
Напряжение заряда
Макс. входное напряжение
Вес
Размеры (В х Ш х Г)
Цена
80 А= до +40С (возможность настройки
максимума)
12 В: 1000 Вт; 24 В: 2000 Вт; 48 В: 4000
Вт; 60 В: 5000 Вт;
97,5% при 80 А= в системах 48 В=
(типичное значение)
заряд,
поглощение,
поддержка,
ожидание, выравнивание
от 10 до 80 В=
до 150 В=
5,56 кг
41.3 x 14 x 10 см
37800 руб.
Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает
переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения.
Таблица 10 - Технические характеристики инвертора
Инвертор
MLP-8000W 48V
Тип синусоиды
чистая (правильная)
Рабочая температура
-5° C, +40° C
Входное напряжение
48V
Номинальная мощность
8000W
Выходное напряжение
220V
Частота переменного тока
50Hz
Максимальная мощность
16000W
Цена
49597 руб.
Таблица 11- Технические характеристики комплекта для монтажа 9 модулей
с углом наклона 15 – 300
Место установки
Плоская или наклонная пологая крыша
(угол наклона до 40 градусов)
Угол наклона
регулируемый 15-30 градусов плюс
угол наклона крыши
Максимальная скорость ветра
< 55 м/с
Нагрузка снега
< 1,4 кН/м2
Соответствие стандартам
AS/NZS 1170 и другие международные
стандарты
Гарантия производителя
10 лет, срок службы - 25 лет
Комплектующие
рейка
рейка
стыковой соединитель
серединный зажим
концевой зажим
крепеж для заземления
зажим заземления
передняя стойка
задняя стойка
Цена
(2300 мм, 2шт.)
(3405 мм, 4шт.)
(4шт.)
(36/46 мм, 16шт.)
(36/46 мм, 4шт.)
(2шт.)
(16шт.)
(9шт.)
(9шт.)
19500 руб.
Таблица 12 - Технические характеристики для компенсационной установки
Наименование
Конденсаторная установка
УКМ-0,4-5-1-У3
Мощность кВАР
5
Количество ступеней
5
Базовая ступень кВАР
1
Алгоритм включения
1;1;1;1;1
Габаритные размеры, мм
1000х600х300
Цена руб.
18600
Рассчитываем срок окупаемости установки солнечных панелей
Техникум тратит на оплату электроэнергии 395576,7 руб. в год. Установка
трех групп солнечных панелей составит – 867021 руб. В среднем срок
окупаемости солнечных панелей не превышает пяти лет.
А = Вуст/Вопл
(16)
где Вуст – стоимость установки солнечных панелей;
Вопл – стоимость оплаты техникума за электроэнергию в год.
А = 867021/395576,7 = 2,191
ВЫВОД
В данной работе было рассмотрена перспектива установки солнечных
панелей на крыше техникума. В первой части было рассмотрена история развития
и способы получения энергии из солнца. Во второй части (расчетной) были
произведены расчеты для установки солнечных панелей. Найдена суммарная
полная (117985 ВА), активная (113713 Вт) и реактивная (30711 Вар) мощности,
которые разбиты по месяцам. Было рассчитано количество панелей для
обеспечения техникума электроэнергия для каждого месяца. Наибольшее
количество панелей потребуется в декабре месяце (41 шт.), а наименьшая в июле
месяце(3 шт.). Панели были разбиты на три группы по двенадцать панелей из-за
отсутствия оборудования с подходящими характеристиками. Была выбрана
солнечная панель мощностью 260 Вт и напряжением 24 В. Проведена
сравнительная характеристика стоимости
для установки одной панели и
двенадцати в ходе которой выбраны: типы ШИМ контроллеров, типы МРРТ
контроллеров, количество аккумуляторов, тип инвертора и системы для установки
панелей. Проведено сравнение стоимости установки одной панели и двенадцати
панелей после которой был посчитан срок окупаемости установки трех групп по
двенадцать панели. Срок окупаемости составил 2,191, а минимальный срок
окупаемости солнечных панелей составляет пять лет, следовательно установка
данной солнечной системы является выгодной и через 2,191 года техникуму
будет не нужно платить за электроэнергию. В ходе курсового проекта была
выбрана конденсаторная установка которая уменьшит полную мощность, а
следовательно уменьшит и срок окупаемости панелей.