Диссертация (1143334), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Схема установки гелиотропа представлена на рис. 44.Рис.44. Схема гелиотропа(1 − фотоэлектрические преобразователи; 2 − шарнир; 3 − осветительный прибор;4 − токосъемник; 5 − колпак; 6 − защитный кожух; 7 − аккумуляторная батарея;8 − опорный подшипник; 9 − бетонное основание; 10 – шарнир; 11 − упорный подшипник;12 − зубчатая цилиндрическая передача; 13 − аналог часового механизма ;14 − механический завод)4.2.2.2.
Исследование эффективности ручной азимутальной системыуправления ориентацией ФЭП (РАСУОР) на солнцеДля исследований эффективности ФЭП в зависимости от ориентации насолнце на «Энергоэффективном доме» была разработана и применена несущаяплатформа РАСУОР (ручная азимутальная система управления ориентацией [80].Солнечная станция с РАСУОР (рис. 45) смонтирована из пяти ФЭП пиковоймощностью 30 Вт каждая, соединенных между собой в электрическую цепь параллельно, что позволило увеличить ток зарядки АБ до 5-6А.
Азимутальная ориентация ФЭП осуществляется вручную дважды в сутки: в 20 часов – на юго-восток (дляготовности станции к рациональному функционированию с момента восхода134солнца до обеда) и в 14 часов – на юго-запад (для эффективного восприятия солнечной энергии в течение второй половины дня) [81].1234Рис. 45. Конструкция для ручной азимутальной и сезонной угловой ориентации ФЭП(1 – регулятор наклона ФЭП; 2 – седло для размещения АБ; 3 – вращающаяся платформа;4 – ось на подшипниковой опоре)Угол наклона станции для ориентации по углу к горизонту устанавливается1 раз в 3 месяца (4 раза в год) в соответствии с широтой местности, сезономи фиксируется регулирующим винтом.
Использование РАСУОР позволило запасать за сутки на 15–20 % энергии больше (в А×ч), чем на неориентированных комплексах ФЭП такой же мощности.4.2.2.3. Исследование влияния снежного покрова на эффективность ФЭПНа объекте «Энергоэффективный дом» была проведена серия исследованийпо влиянию снежного покрова на эффективность ФЭП [82]. Исследования проводилось по двум методикам.Первая заключалась в последовательном «освобождении» от снега одной задругой солнечных ФЭП и определении напряжения холостого хода, рабочего токаи эффективной мощности солнечной станции (в сравнении с пиковой) (рис.
46,фото1, 2, 3).135Вторая – естественным нанесением последовательных слоев снега от 0,5 ммдо 2 см.Рис. 46. Фото 1, 2, 3 – снежный покров,соответственно, 80 %, 60 % и 20 % поверхности ФЭПВ первом случае происходило шунтирование заснеженными панелями всейстанции со значительным снижением силы тока и к.п.д.Во втором –зафиксировано резкое снижение силы тока и к.п.д.
ФЭП даже приминимальных уровнях снежного покрова. Исследования показали, что использование вертикальной (рис. 47) ориентации солнечных ФЭП для районов со снежнымиосадками в период вероятного выпадения снега существенно эффективнее заснеженных ФЭП, отслеживающих солнце, и тем более, чем классическая строгая ориентация, учитывающая широту местности.Рис. 47.
Монтаж ФЭП на объекте «Энергоэффективный дом»(ведет заведующий кафедрой АС и ВИЭ доктор технических наук, профессор Щеклеин С. Е.)Результаты измерений (Uхх, Iк.з. и W) в зависимости от площади «шунтирования» снежным покровом панелей ФЭП представлены на рис. 48.136Рис. 48. Влияние площади заснеженной поверхности на эффективность ФЭП(а) зависимость напряжения х.х. от площади заснеженной поверхности ФЭП;б) зависимость тока к.з. от площади заснеженной поверхности ФЭП (при Wпик=150 Вт);в) зависимость мощности от площади снежного покрова ФЭП (при Wпик= 150 Вт))Вывод: заснеженность (затененность) более 5 %% поверхности ФЭС Nпик 150Вт приводит к снижению мощности (рис.48,в) на порядок и практически к потерефункциональности.а) Фото ФЭС Nпик 420 Втна кровле «Энергоэффективного дома»б) Схема коммутации ФЭПна крыше «Энергоэффективного дома»Рис.
49. ФЭС с углом наклона 15 % (а) и схема коммутации ее ФЭП (б).137Для нужд отопления «Эергоэффективного дома» используется газовый котел, который не может функционировать при обесточивании, так как в случае аварийной ситуации (порыв сети или КЗ) автоматика отключает циркуляционныйнасос с одновременной блокировкой подачи газа [83,84].С целью гарантированного поддержания функционирования газового котлабыла выполнена схема резервного энергообеспечения автоматики от солнечныхФЭП (фотоэлектрическая станция ФЭС Nпик 150 Вт) в комплексе с АБ, емкостью45 А×ч.На основе эксперимента показано, что в случае использования ФЭС Nпик=150Вт в зимнее время автоматика газового котла на второй день автономной работыКС «ФЭП+АКБ» будет «испытывать проблемы» (отключится) из-за недостаточного напряжения АБ (инвертор не сможет поддерживать стандартное напряжение(220 В, 50 Гц) при напряжении на аккумуляторе менее 24 В).На рис.
50 представлен график подзарядки АКБ в летний и зимний периоды.U,В25,0024,7524,5024,2 U524,00Лето*Зима00.004.008.0012.0016.0020.0024.00 t,часРис.50. Влияние времени года на эффективность зарядки АБ емкостью 45 А×ч от станцииФЭП N(пик) 150 ВтИз графика видно: в летнее время при функционировании автоматики газового котла от системы «ФЭП-инвертор» аккумуляторная батарея в течение дневного времени с уровня 65-70% полностью подзарядится.138В зимний период из-за сокращения светового дня АБ емкостью 45 А×ч «не успевает» полностью зарядиться от станции ФЭП пиковой мощностью 150 Вт [85] ввидунедостаточной продолжительности по мощности и величине тока зарядки.4.2.3. Сравнение поставляемого из КНР и расчетной отечественнойоптимизированной мКС ВИЭПоставкой комплексных системы ВИЭ из Китая в Екатеринбурге занимаетсяряд фирм.
Одна из них –ООО «Уралэнерговетер», обратилась в УрФУ для проверкиэффективности функционирования и оптимизации поставляемого из КНР оборудования.Подтвержением эффективности применения рассматриваемой в данной диссертации теории эффективной мКС ВИЭ и использования «АРК-ВИЭ» может служить графическая интерпретация расчетного и поставляемого в составе оборудования, импортируемого из КНР (рис. 51). Состав оборудования мКС ВИЭ, поставляемого из КНР, представлен в микротаблице (1), а оптимизированная на базе той женоменклатуры мКС ВИЭ – в (2).Рис. 51.
Графическая интерпретация сравнения штатного комплектаd-мКС ВИЭ КНР (1) и оптимизированная по программе «АРК-ВИЭ»мКС ВИЭ (2) того же производителяИз графика следует, что себестоимость выработки энергии мКС ВИЭ КНР на20- 40% выше (точки 1 и 2 на увеличенном фрагменте графика), при этом, риск139(вероятность отсутствия выработки энергии из-за низкопотенциального ветра инизкой инсоляции) оптимизированной мКС ВИЭ на 10-30% ниже.Результаты сравнения выработки электроэнергии мКС ВИЭ КНР и отечественной оптимизированной представлены в табл. 27.Таблица 27Результаты сравнения выработки электроэнергии КС ВИЭПоказатель (рассчитан для условий Уральского региона)Выработка эл.
энергии в зимний период (декабрь), кВт×ч/ мес.Выработка эл. энергии в летний период (апрель-сентябрь) кВт×ч/мес.Общая стоимость d-мКС ВИЭ (тыс. руб.) (ВЭУ+ФЭП)КНРАРК-ВИЭ4092159,9101,0390224Из табл. 27 следует, что комплект поставляемого из КНР оборудования, без оптимизации ВЭУ и ФЭП по мощности, в два раза дороже, а выработка электроэнергиив критически важный зимний период в условиях Уральского региона оказалась болеечем в два раза ниже, чем у оптимизированной с помощью предложенного алгоритма«АРК-ВИЭ». Суммарная выработка энергии за год мКС ВИЭ КНР даже чуть превышает оптимизированную мКС ВИЭ, однако это достигается за счет повышенной выработки энергии в летний период. Причем, избыток энергии от мКС ВИЭ КНР накапливать негде (летом аккумуляторы успевают быстро заряжаться на 100%), а «сбрасывать» излишки в сеть не позволяет законодательство РФ.Таким образом, оптимизация d-мКС ВИЭ (ВЭУ+ФЭП) по составу и установленной мощности оборудования позволила потребителю значительно сократить капитальные затраты, повысить выработку электроэнергии в зимний период болеечем в 2 раза и поднять доходы предприятия-поставщика за счет увеличения продажболее доступной и эффективной мКС ВИЭ.Выводы и рекомендации по использованию ФЭП в составе мКС ВИЭ1.
Природно-климатический потенциал Средне-Уральского региона позволяет в рамках индивидуальной мКС ВИЭ надежно осуществлять производствоэлектрической энергии на ФЭП для обеспечения минимальных бытовых нужд в течение года.1402. ФЭП в составе любой индивидуальной (квартира, коттедж) мКС ВИЭ влетний период обеспечивают минимальные потребности в быту при наличии 300–500 Вт мощности на 1 квартиру (энергосберегающее освещение, микротелевизор,автоматика газового котла и мини-холодильник) и соответствующего аккумуляторного хозяйства [76].3.
Поставляемое откуда-то ни было оборудование ВИЭ необходимо оптимизировать для конкретного региона по составу и установленной мощности с цельюповышения эффективности эксплуатации и снижения капитальных затрат.Рекомендации:В зимний период ФЭП в составе мКС ВИЭ целесообразно применять только в аварийных ситуациях (при эл. емкости АКБ 300–400 А×ч на дом с одним хозяиномобеспечивается резерв питания автоматики газового котла до 1 суток, что по условиям заключения договоров на подачу электроэнергии от МРСК является приемлемым вариантом).Для пользователей стационарных (неотслеживающих солнце) станций предпочтительное круглогодичное расположение панелей ФЭП во всех районах с наличием осадков в зимний период– строго вертикальное, обращенное на юг.4.2.4. Исследования эффективности использования солнечных коллекторов врайонах с высоким значением ГСОПРезко-континентальный климат на почти 70 % территории России обуславливает значительные сезонные перепады темератур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
