Диссертация (Исследование систем энергоснабжения на основе солнечной энергии для потребителей в отдаленных районах в Боливарианской Республике Венесуэла), страница 14

),(4.22)0 ≤ ≤ ,(4.23)Т ≤ Т о.с. ≤ Т ,(4.24)уст0 ≤ СФЭУ ≤ СФЭУ ,(4.25)устБЭУ≤ БЭУ ≤ БЭУ ,(4.26)где Р− максимальная электрическая мощность потребителя, кВт;ПРTуст−максимальнаятепловаямощностьпотребителя,кВт;устСФЭУ , БЭУ − установленная мощность СФЭУ и БЭУ (бензиновыйгенератор), кВт; РП − среднечасовая электрическая мощность потребителяв расчетный i-й час, кВт; РT − среднечасовая тепловая мощностьпотребителяврасчетныйi-йчас,кВт;i=1,2,…..,8760(часов); − среднечасовой приход CР на приёмную площадку - поверхность СМв расчетный i-й час, Вт/м2; То.с.

– среднечасовое значение температурыокружающейсредыврасчетныйi-йчас,°C; БЭУ –мощность,вырабатываемая БЭУ, кВт; БЭУ− минимально допустимая нагрузка БЭУ,кВт.113Энергия, накопленная АБ в расчетный i-й час, ЭАБ. , рассчитываетсяпо формулам:ЭАБ. = ЭАБ.−1 + АБзаряд. ∗ ∆ − АБразряд.

∗ ∆,(4.27)ЭмаксАБ −ЭАБ.−1ЭАБ.−1 + (СФЭУ. − РП. ) ∗ ∆ ≥ ЭмаксАБ ; ()∆СФЭУ. > РП. ; {={ЭАБ.−1 + (СФЭУ. − РП. ) ∗ ∆ < ЭмаксАБ ; СФЭУ. − РП. ,максили СФЭУ. ≤ РП. или ЭАБ.−1 = ЭАБ ; 0АБзаряд.1(4.28)ЭАБ.−1 − (РП. − СФЭУ. ) ∗ ∆ ≤ ЭминАБ ; (АБразряд.ЭАБ.−1 −ЭминАБ)∆СФЭУ. < РП. ; {={,ЭАБ.−1 − (РП. − СФЭУ. ) ∗ ∆ > ЭминАБ ; РП. − СФЭУ.или СФЭУ. ≥ РП. или ЭАБ.−1 = ЭминАБ ; 01(4.29)максЭминАБ ≤ ЭАБ.

≤ ЭАБ .Дляобеспечения(4.30)бесперебойногоэлектроснабжениенеобходимоприменять БЭУ с мощностью, необходимой для покрытия максимумаграфика нагрузки. Мощность, вырабатываемая БЭУ и избыточная мощностьСФЭУ определяем по выражениям:РП. − СФЭУ. − АБразряд. ≤ 0; 0РП. − СФЭУ. − АБразряд . < БЭУ; БЭУБЭУ. =РП. − СФЭУ. − АБразряд.

> 0; {{РП. − СФЭУ. − АБразряд. ≥ БЭУ;РП. − СФЭУ. − АБразряд .,(4.31)СФЭУ. − РП. − АБзаряд. ≤ 0; 0избыт. = {,СФЭУ. − РП. − АБзаряд. > 0; СФЭУ. − РП. − АБзаряд.(4.32)8760ЭгодБЭУ = ∑=1 БЭУ. ∗ ∆t,(4.33)8760Эгодизбыт = ∑=1 избыт. ∗ ∆t.(4.34)Мощность инвертора в расчётах выбирается таким образом, чтобыобеспечивалось выполнение следующего условия:инв ≥РП0,8,(4.35)114где инв = мощность инвертора, кВт. (т.е инвертор должен быть загруженпримерно на 80%).Контролеры выбираются в расчётах по требуемой величине выходноготока, который рассчитывается по формуле [76]:выход = 1,25 ∗где NСМCМАБ,(4.36)– мощность СМ, Вт; UАБ – напряжение АБ, В.

Где ∆t=1час;СФЭУ () − мощности, получаемые от энергоустановок на основе СФЭУврасчетныйi-йчас; Эмакс−АБмаксимальнаяёмкостьАБ,кВт.ч;ЭминАБ − максимальная допустимая глубина разряда АБ принята равной 50%ЭмаксАБ (кВт.ч).В течение всего срока эксплуатации ЭК необходимо также обеспечитьплановый ремонт и замену оборудования ЭК, вовремя заменять смазочныематериалы, закупать бензин. Все это требует ежегодного вливания денежныхсредств, необходимых для поддержания ЭК в рабочем состоянии.Для поиска оптимальных значений установленной мощности СФЭУ,ВСК, БЭУ и емкости АБ в данной работе была разработана имитационнаямодель ЭК на основе Microsoft Excel.

Оптимальный состав установленныхмощностей СФЭУ, ВСК, БЭУ и емкости АБ получается при условии, когдасуммарные дисконтированные затраты будут минимальными и чистыйдисконтированный доход будет максимальным за рассматриваемый периодвремени Т (20 лет).Для определения электрической мощности, вырабатываемой СФЭУ,котораясостоитизкремниевыхСМиСМсголографическимконцентратором, используется формула:Эсфэу=ЭудnFсмηсм,(4.37)где ЭСФЭУ ̶ энергия, получаемая от СМ, Вт.ч; Эуд ̶ удельное поступление СРна приемную площадку, Втч/м2; n – количество СМ, шт.; Fсм – площадьодного СМ, м2; ηсм – коэффициент полезного действия СМ, %. Учет влияния115температуры воздуха на эффективность СМ производился по зависимости(3.7 и 3.9).Для определения электрической мощности, вырабатываемой СФЭУ,которая состоит из СМ с концентратором в виде линзы Френеля,используется другая формула.

Это связанно с тем, что моделированиеи электрические характеристики этих модулей являются сложными,из-за того что эти СМ используют многопереходные СЭ и оптическиеприборы. В результате этого используется формула, которая основанана атмосферных параметрах:Эсфэу =Э∗ПР∗пр (1 − (Тсм − Т∗см ))(1 − (АМ − АМ),(4.38)где Эсфэу ̶ энергия, получаемая от СМ с концентратором в виде линзыФренеля,Вт.ч;Э*̶максимальнаяэнергия,получаемаяотСМс концентратором в виде линзы Френеля при стандартных условиях, Вт.ч;R*пр – поступление прямой СР при стандартных условиях, Вт/м2;T*см – температура СМ при стандартных условиях, °C; Rпр – поступлениепрямой СР, Вт/м2; Tсм – температура СМ, °C (рассчитано согласно 3.27);β – температурный коэффициент мощности, °C-1; ε – AM коэффициентмощности, (в относительных единицах – о.е.); АМ – атмосферная масса пристандартных условиях, о.е; AMU – теневая АМ, о.е; n – количество СМ, шт.Этоуравнениеопределяетэнергию,получаемуюотСМс концентратором в виде линзы Френеля, так как функция интенсивностипоступления прямой СР и температуры СМ с использованием уравнения(4.38) принимается в обычных фотоэлектрических технологиях [69-71]с дополнительной спектральной коррекцией, основанной на атмосферноймассе.Несколько экспериментов на различных модулях с концентраторомв виде линзы Френеля разных производителей показали, что влияниеатмосферной массы можно считать незначительным для АМ ≤ AM U и можноскорректировать с помощью линейного коэффициента для AM > AM U116Для[69-71].низкихзначенийАМ,верхнийисреднийпереходмногопереходных ФЭП генерируют практически одинаковый ток (присоответствии условий), и из-за этого влияние АМ на выходную мощностьмодулей HCPV практически незаметно.

Однако при повышении АМ верхийпереход начинает ограничивать ток, в результате чего происходит снижениепроизводительности модулей HCPV.Выходная мощность вакуумного коллектора описывается уравнением[77-78].TN СКJ А.0 .RJ  a1.T  a2 .Т 2  ,(4.39)где А ̶ площадь апертуры , м2; η0 ̶ оптический коэффициент полезногодействия без учёта потерь тепла, т.е. при равенстве максимально достижимойтемпературы нагрева жидкости Тm и температуры окружающей среды То.с.;RβjΣ̶интенсивность суммарного солнечного излучения в плоскостиколлектора, Вт/м2; a1 ̶ коэффициент тепловых потерь при температурерабочей жидкости, приведенной к температуре окружающей среды, Вт/м 2К;а2 ̶ температурная зависимость коэффициента тепловых потерь, Вт/м2К2;ΔT ̶ разница температур между средней температурой рабочей жидкостив коллекторе (Тт) и температурой окружающей среды (То.с.), К.ТТ Т out  Tin  ,2(4.40)где Tin ̶ температура холодной рабочей жидкости на входе в коллектор, К;Tout ̶ температура горячей рабочей жидкости на выходе из коллектора, К.4.2.Графики нагрузки автономного потребителя4.2.1.

Электрическая нагрузка автономного потребителяАнализ информации об условиях жизни в периферийных областяхВенесуэлы показал, что большую часть населения составляют семьисо средним и низким доходом, поэтому именно этот социальной слой былвыбран как приоритетный объект применения государственной программы117“Посеем свет”, а указанные две группы населения рассматриваются кактиповые [79].График нагрузки потребителя определяется набором электроприборовв доме, который связан с образом жизни и зависит от таких факторов, какдоходы семьи, привычные условии жизни, стремление и возможностьприобретения современных электрических приборов, размер дома.Семьи со средним доходом используют такие электроприборы, какхолодильник, микроволновая печь, утюг, блендер и кондиционер и имеют,какправилобольшиедома(130,5м2).Ежедневноепотреблениеэлектроэнергии этой категорией составляет 30,605 кВт/ч (см.

рис. 4.2).2,5Р, кВт21,510,501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t, чРис. 4.2. Суточный график электрической нагрузки для выходного дня в большомдомеЕжедневное потребление электроэнергии семьями с низким доходомочень невелико, так как электричество необходимо им для обеспеченияминимальных потребностей в электроприборах, таких как холодильник,лампы, вентилятор и радио. Семьи этой категории имеют маленькие дома(72 м2), следовательно, их нагрузка тоже очень низкая. Таким образом,ежедневное потребление энергии семьями с низким доходом составляет15,62 кВт/ч (см. рис. 4.3).1181,41,2Р, кВт10,80,60,40,201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24t, чРис.

4.3. Суточный график электрической нагрузки для выходного дня в маленькомдомеВ дальнейшем потребитель с низким доходом именуется потребитель1, потребитель со средним доходом – потребитель 2.Таккакнагрузкакондиционеровивентиляторовсоставляетсущественную долю потребления, а температура воздуха в течение годаизменяетсямало,графикинагрузкипотребителяможнопринятьпостоянными для всего расчетного периода.В связи с тем, что разница в потреблении электроэнергии в буднийи выходной день составляет менее чем 19%, представленный графикнагрузки был принят одинаковым для всех дней года.Важноотметить,чтографикиэлектрическойнагрузкидляпотребителей 1 и 2 были приняты по рис. 4.2 и рис. 4.3.