Диссертация (Исследование систем энергоснабжения на основе солнечной энергии для потребителей в отдаленных районах в Боливарианской Республике Венесуэла), страница 13

3.13-3.15.6050Т, °С4030Тсм(с.в.)Тсм20100891011121314151617t, чРис. 3.13. Изменение температуры кремниевого СМ с системой водяногоохлаждения (Тсм(с.в.)) и без нее (Тсм)1021716,5КПД, %1615,5ηcм(с.в.)15ηcм14,51413,51389101112t, ч1314151617Рис. 3.14. Изменение КПД кремниевого СМ с системой водяного охлаждения(ηcм(с.в.)) и без нее (ηcм)На рис. 3.14 представлены результаты расчётов, которые показывают,что в условиях климата Венесуэлы КПД кремниевых СМ может снижатьсяна 2,06%, а КПД СМ с водяным охлаждением увеличился с 13,24%до 15,46%.280240N, Вт200160Nсм(с.в.)120Nсм80400891011121314151617t,чРис. 3.15.

Изменение мощности кремниевого СМ с системой водяного охлаждения(Nсм(с.в.)) и без нее (Nсм)Нарис.3.15представленырезультатыизменениямощностикремниевого СМ без охлаждения в часы с максимальной температуройвоздуха 29°С, мощность снижается с 227,45 Вт до 218,21 Вт, т.е. на 4,06%.103Применение водяного охлаждения позволяет получить мощность СМ254,91 Вт, что выше мощности при То.с=20°С на 12,07%.Таким образом, для условий Венесуэлы учет воздействия температурынаизменениеэнергетическиххарактеристикСМможетоказатьсущественное влияние на экономические показатели системы солнечногоэнергоснабжения.Всвязисэтим,используетсясистемаводяногоохлаждения, которая позволяет уменьшить отрицательное влияние высокихтемператур.7060Т, °С5040Tсмгк(с.в.)30Tсмгк20100891011121314151617t, чРис. 3.16. Изменение температуры СМ с голографическим концентратором ссистемой водяного охлаждения (Тсмгк(с.в.)) и без нее (Тсмгк)1716,516КПД, %15,515ɳсмгк(с.в.)14,5ɳсмгк1413,51312,512891011121314151617t,чРис.

3.17. Изменение КПД СМ с голографическим концентратором с системойводяного охлаждения (ηcмгк(с.в.)) и без нее (ηcмгк)104На рис. 3.17 представлены результатов КПД СМ. В то время как КПДСМ с голографическим концентратором при максимальной температуреот КПД при стандартных условиях уменьшится на 2,77%, а КПД СМс голографическим концентратом с водяным охлаждением увеличилсяс 12,42% до 15,78%.Таким образом, СМ с голографическим концентратором снижениемощности без системы охлаждения составляет 4,96% и сокращаетсядо 20,76% при использовании водяного охлаждения (см. рис. 3.18).300250N,Вт200150Nсмгк(с.в.)Nсмгк100500891011121314151617t,чРис.

3.18. Изменение мощности СМ с голографическим концентратором с системойводяного охлаждения (Nсмгк(с.в.)) и без нее (Nсмгк)7060Т, ºС5040Тсмклф3020100891011121314151617t,чРис. 3.19. Изменение температуры СМ с концентратором в виде линзы Френеля(Тсмклф)105На рис. 3.20 представлены результатов КПД СМ с концентраторомв виде линзы Френеля. КПД этого СМ при температуре воздуха 29°Ссоставляет 26,12%.В то время как мощность СМ с концентратором в виде линзы Френелясоставляет 240,47 Вт, что ниже мощности при То.с=20°С на 1,49%(см. рис.

3.21) .28КПД,%27,527ηсмклф26,52625,525891011121314151617t,чРис. 3.20. Изменение КПД СМ с концентратором в виде линзы Френеля (ηсмклф)280240N, Вт.ч200160Nсмклф12080400891011121314151617t,чРис. 3.21. Изменение мощности СМ с концентратором в виде линзы Френеля(Nсмклф)106Выводы по третьей главе3.7.Показано,чтопривысокихзначенияхтемпературывоздуха,достигающих в условиях Венесуэлы 25-30°С, при использовании СМна основе кремния и СМ с голографическим концентратом происходитснижение их КПД на 2-3% и существенно снижается их энергоотдача.

Этотфактинеобходимоучитыватьфинансово-экономическихприпроведениирасчетовпригелиоэнергетическихоценкеэффективностиэнергоснабжения объектов на базе фотоэлектричества.Рассмотрены способы математического моделирования изменениятемпературы окружающей среды на энергетические характеристики СМразличных типов.Показано, что отрицательное влияние высокой температуры воздуха,свойственное территории Венесуэлы, может быть частично компенсированоиспользованием системы водяного охлаждения СМ.Решение о целесообразности применения СМ с системой охлаждениядолжно приниматься на основе финансово-экономического анализа с учетомконкретныхпотребителя.условийсозданиясхемыэнергоснабженияавтономного1074.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ СХЕМЫСНАБЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ4.1.Задача определения оптимальных значений параметров схемыэнергоснабжения автономного потребителя4.1.1. Структура схемы энергоснабжения автономного потребителяЭнергообеспечениеавтономныхпотребителейпредлагаетсяосуществлять следующим образом: электрическая нагрузка частично илиполностью обеспечивается за счет фотоэлектрических батарей, состоящихиз СМ различных типов с системой охлаждения или без нее. В качестведополнительногоилирезервного(гарантирующего)источникаэлектроэнергии используется бензиновый генератор [72].Горячее водоснабжение частично или полностью обеспечивается либоза счет использования вакуумных солнечных коллекторов (ВСК), либоза счет использования горячей воды, полученной в процессе охлаждения СМ;вкачестведополнительногоисточникагорячейводыиспользуетсяэлектронагреватель (см.

рис. 4.1).ДляобеспеченияэлектроснабженияэкономическиавтономныхпотребителейцелесообразныхобластиАльтасхемГуахирав данной работе была исследована эффективность использования следующихвариантов реализации СФЭУ:Установки с СМ на основе кристаллического кремния с системойводяного охлаждения и без нее;Установки с СМ с голографическим концентратором (ГК) с системойводяного охлаждения и без нее;Установки с СМ с концентратором в виде линзы Френеля (КЛФ).108ЭлектрическаянагрузкаСФЭУИнверторКонтроллерАБЭлектронагревательБЭУТепловаянагрузкаВСКРис.

4.1. Схема системы автономного электро- и теплоснабжения на базе солнечныхмодулейЭнергетическийкомплексвключаетвсебяследующиефункциональные элементы:Солнечная фотоэлектрическая установка для производства электрическойэнергии.Вакуумныйсолнечныйколлектордляобеспечениягорячеговодоснабжения.Аккумуляторная батарея (АБ) для хранения выработанной энергиии обеспечения потребителя в ночные часы или пасмурные дни.Инвертор ̶ преобразователь постоянного тока, вырабатываемого СФЭУв переменный, который требуется потребителю.Контроллер – устройство обеспечения корректного функционированияаккумуляторной батареи (режимы заряд/разряд).Резервный источник энергии – бензиновый генератор (бензиноваяэлектроустановка, БЭУ).109Электронагреватель – дополнительное устройство для обеспечениягорячего водоснабжения.Схема системы автономного электро- и теплоснабжения на базе СМприведена на рис.

4.1. В рассматриваемой структурной схеме СФЭУподключена к контроллеру заряда АБ. Конструкция контроллера позволяетпередавать вырабатываемые СФЭУ мощности непосредственно на инвертор,минуя АБ. В случае избытка или недостатка в системе вырабатываемоймощности контроллер осуществляет заряд или разряд АБ.АБ и обычные генераторы на традиционном топливе являются ещеодним важным компонентом системы. АБ необходимы для храненияизбыточной энергии, полученной в периоды высокого производствасолнечной энергии и для обеспечения нагрузки в период низкогопроизводства.

Бензиновый или дизельный генератор используется в периоды,когда приходящей и запасенной в АБ солнечной энергии недостаточно дляпитания потребителя или в случае временной неисправности отдельныхэлементов системы.4.1.2. Математическая постановка задачи определения параметровсхемы энергоснабженияВыбор оптимальных значений параметров ЭК производится исходяиз экономической эффективности, причем в данной работе используютсядва критерия.Во-первых, оптимальное количество СМ, АБ и солнечных коллекторов,выбирается исходя из минимума расчетных дисконтированных затрат.Считается, что капиталовложения осуществляются потребителем, длякоторого не существуют государственные дотации на органическое топливо.Во-вторых, считается, что проект осуществляется государством,и топливо, сэкономленное в результате использования солнечной энергии,реализуется по мировым ценам.

Оптимальное число СМ и АБ выбираетсяпо критерию максимума чистого дисконтированного дохода.110Математическая постановка такой задачи по двум экономическимкритериям выглядит следующим образом. Требуется найти оптимальныепараметры и режимы работы ЭК на основе использования разного типасолнечных энергоустановок по условию достижения рассматриваемогокритерия экстремального значения.Согласно [73] критерий минимума суммарных дисконтированныхзатрат рассчитывается по следующим зависимостям:T=ТЗдиск(T) = ∑t=1 расч Зэк . (Σ11+гдеЗДИСКТрасч̶) → ,(4.1)̶ суммарные дисконтированные затраты по ЭК за Т=Трасч =20 лет;расчетный период; Зэкt̶годовые затраты по ЭК в t-й год;t ̶ порядковый номер года; ε ̶ норма дисконтирования = 0,1.Ежегодные затраты в ЭК определяются по следующей зависимости:Зэкt= Зсфэуt+ Звскt+ ЗАБt+ ЗБЭУt + Зинвt+ Зконt + Знагt+ Зобслt,(4.2)где Зсфэуt – годовые затраты на СФЭУ; Звскt – годовые затраты на коллектор;ЗАБt – годовые затраты на АБ; ЗБЭУt – годовые затраты БЭУ; Зинвt – годовыезатраты на инвертор; Зконt – годовые затраты на контроллер; Знагt – годовыезатраты на электронагреватель; Зобслt – годовые затраты на обслуживание.При этом все эти виды затрат определяются по следующим формулам:Затраты на СФЭУ:Зсфэу= Зсм+ Зс.в+ Зс.с,(4.3)Затраты на СМ:Зсм= nсм∙Цсм,(4.4)Затраты на систему водяного охлаждения:Зс.в= nс.в∙Цс.в,(4.5)Затраты на обслуживание:Зобсл = 5%∙( Зсм + Звск+ ЗАБ + Зинв+ Зкон + Знаг+ Зс.в + Зс.с ),(4.6)Затраты на коллектор:Звск =nвск∙Цвск,Затраты на аккумулятор:(4.7)111ЗАБ= nАБ∙ЦАБ,(4.8)Затраты на инвертор:Зинв= nинв∙Цинв,(4.9)Затраты на контроллер:Зкон = nкон∙Цкон,(4.10)Затраты на электронагреватель:Знаг=nнаг ∙Цнаг,(4.11)Затраты БЭУ:ЗБЭУ= nБЭУ∙ЦБЭУ +Зтоп + Зрем +Зобс,(4.12)Зтоп = Эгодд ∙bуд ∙ Цт,(4.13)Зрем = 3%∙(nБЭУ∙ЦБЭУ),(4.14)Зобс = 5%∙(nБЭУ∙ЦБЭУ),(4.15)где Зсм – затраты на СМ; Зс.в – затраты на систему водяного охлаждения;Зс.с – затраты на систему слежения за Солнцем; nсм – количество СМ;Цсм – цена одного СМ; nБЭУ – количество БЭУ; ЦБЭУ – цена БЭУ; Зтоп – затратына топливо; Зрем – затраты на ремонт; Зобс – затраты на обслуживание БЭУ.Критерий максимума чистого дисконтированного дохода определялсяпо следующим зависимостям [75]:T=ТЧДД(T) = ∑t=1 расч ЧДПэк .

(11+) → ,(4.16)где ЧДД – чистый дисконтированный доход по ЭК за Т=Трасч =20 лет;Tрасч – расчетный период; ЧДПэк – годовой чистый денежный поток по ЭКв t-й год; t – порядковый номер года; ε ̶ норма дисконтирования = 0,1.ЧДПэк определяется как разница между доходами и расходами:ЧДПэк = Д − ,(4.17)где Д – годовой доход от экспорта сэкономленного топлива, поступающиев бюджет государства; – суммарные годовые расходы на сооружениеи эксплуатацию ЭК.КритерийэкономическойэффективностиЭКопределяетсяза расчётный период Т с учетом следующих условий и ограничений:112Для электрической нагрузки:устустРмакс≤ СФЭУ + БЭУ ,П(4.18)РП = СФЭУ + АБразряд + БЭУ − АБзаряд ,(4.19)Для тепловой нагрузки:Без системы водяного охлажденияустустРмакс≤ ВСК + Наг ,TРТ = ВСК + Наг ,(4.20)С системой водяного охлажденияустустРмакс≤ С.В + Наг ,TРТ = С.В. + Наг ,(4.21)СФЭУ = СФЭУ ( , То.с.