Дипломная (вкр): Система автономного электроснабжения жилого дома

К внутренней стороне модуля прикреплен специальный диодный блок, под крышкой которого размещены три электрических контакта («+1» - плюсовый вывод, «2» - вывод средней точки цепи, «3» - минусовый вывод), предназначенные для подключения модуля. На корпусе модуля имеются отверстия для его крепления.

Модули предназначены для эксплуатации при:

температуре окружающего воздуха от -40°С до +40°С;

относительной влажности воздуха (при t = 25°С) - до 100 %;

атмосферном давлении 84-106,7 кПа.

- фотоэлектрический модуль; 2 - опорные балки; 3 - кровля

Рисунок 2.12 - Крепление фотоэлектрических модулей на крутом скате кровли

Таблица 2.5 Техническая характеристика фотоэлектрических модулей

Рисунок 2.13 - Опора для крепления фотоэлектрических модулей на пологовой кровле жилого дома

Фотоэлектрические модули сохраняют работоспособность после воздействия солнечной радиации с интегральной плотностью светового потока не более 1125 Вт/м2, в том числе при плотности потока ультрафиолетовой части спектра 68 Вт/м2 (при длине волны 280-400 м) и в условиях дождя интенсивностью 5 мм/мин, соляного тумана, снеговой и гололедно-ветровой нагрузки до 2000 Па.

Срок службы модулей не менее 20 лет, гарантийный срок - 10 лет.

Основные технические характеристики фотоэлектрических модулей, серийно выпускаемых заводом «Сатурн» (г.Краснодар), приведены в таблицеице.

Крепление фотоэлектрических модулей на кровле дома выполняется с помощью специальных опор.

Для крепления модулей на крутых скатах кровли применяются опоры в виде продольных балок, выполненных из алюминиевого профиля или деревянных брусьев.

Для крепления фотоэлектрических модулей на плоских крышах применяются регулирующие опоры, позволяющие изменять угол наклона модулей по отношению к горизонтальной плоскости кровли.

Режим СФУ - циклический с периодом в одни сутки.

Мощность СФУ выбирается из условий обеспечения максимального дневного электропотребления жилого дома за получасовой максимум нагрузки и обеспечения заряда аккумуляторов, за счет разряда которых выполняется электроснабжение в темное время суток.

С помощью зарядного устройства обеспечивается контроль за процессами заряда и разряда аккумуляторной установки и ее защита от перегрузки.

Солнечная батарея, собранная из фотоэлектрических элементов, является источником постоянного тока. Преобразование постоянного тока в переменный напряжением 220 В, частотой 50 Гц выполняется с помощью инвертора.

Тип инвертора и его технические характеристики являются исходными данными, определяющими основные параметры СФУ: выходное напряжение солнечной батареи, напряжение аккумуляторной установки, конструкцию и мощность зарядного устройства, сечение жил проводов и кабеля и т.д. Номинальное напряжение фотоэлектрического модуля 12 В.

- солнечная батарея; GE - фотоэлектрический модуль; GB - аккумуляторная батарея; QS - выключатель; AS - зарядное устройство; UZ - инвертор

Рисунок 2.14 - Электрическая схема электроснабжения на базе СФУ

Как правило, солнечная батарея применяется с выходным напряжением 24 или 48 В постоянного тока, что получается за счет последовательно-параллельного соединения фотоэлектрических элементов.

2.6 Сравнительный расчет эффективности дизельной электростанции и микро ГЭС

ВАРИАНТ 1. Использование микро ГЭС-10

Срок службы микро ГЭС-10 при соблюдении правил эксплуатации не менее 10 лет, т.е. Т = 3650 сут;

Вырабатываемая мощность N = 10 кВт;

Суточная выработка электроэнергии Qс при пользовании электроэнергией в течение 16 ч в сутки (t = 16 ч) и мощности N равна:

Qc = N´t = 10 кВт ´ 16 ч = 160 кВт×ч.

За весь срок Т будет выработано количество энергии Q.

Q = Qc´Т = 160 кВт×ч ´ 3650 = 584 000 кВт×ч.

При стоимости микро ГЭС-278 400руб., включающей цену микро ГЭС (248400 руб.) и стоимость материалов и работ, связанных с установкой микро ГЭС (30000 руб.), стоимость 1 кВт×ч вырабатываемой электроэнергии Сг будет равна:

Сг = 278 400:584 000 = 0,47 руб./кВт×ч (47 копеек за 1 кВт×ч).

ВАРИАНТ 2. Использование микро ГЭС-50

Срок службы микро ГЭС-50 при соблюдении правил эксплуатации не менее 10 лет, т.е. Т = 3650 сут;

Вырабатываемая мощность N = 50 кВт;

Суточная выработка электроэнергии Qс при пользовании электроэнергией в течение 16 ч в сутки (t = 16 ч) и мощности N равна:

Qc = N´t = 50 кВт ´ 16 ч = 800 кВт×ч.

За весь срок Т будет выработано количество энергии Q.

Q = Qc´Т = 800 кВт×ч ´ 3650 = 2 920 000 кВт×ч.

При стоимости микро ГЭС-50 1 136 400 руб., включающей цену микро ГЭС (1 076 000 руб.) и стоимость материалов и работ, связанных с установкой микро ГЭС (60000 руб.), стоимость 1 кВтч вырабатываемой электроэнергии Сг будет равна:

Сг = 1 136 400:2 920 000 = 0,39 руб. /кВт×ч (39 копеек за 1 кВт×ч).

ВАРИАНТ 3. Использование ДС

Для выработки 1 кВт×ч электроэнергии в ДС используется 300 г дизельного топлива (0,0003 т/кВт×ч).

При цене дизельного топлива 26 000 руб. за тонну цена этого количества топлива Сд.т равна:

Сд.т = 26 000 руб./т ´ 0,0003 т/кВт×ч = 7.8 руб./кВт×ч (7.8 рублей за 1 кВт×ч).

В расчете приведены только прямые расходы на топливо при использовании ДС для выработки 1 кВт×ч электроэнергии. Стоимости ДС и работ обслуживающего персонала не учтены.

ВЫВОД: Стоимость электроэнергии при использовании микро ГЭС в 17.7 раза ниже, чем при использовании ДС (0,066:0,012 = 5,5).

2.7 Выбор типа аккумуляторных батареЙ для объекта

Выбор аккумуляторов для системы автономного электроснабжения также вопрос непростой. Обычные автомобильные аккумуляторы здесь применять нежелательно. Во-первых, они не рассчитаны на работу в циклических режимах, т.е. когда аккумулятор отдает энергию понемногу и долго. Во-вторых, любые автомобильные аккумуляторы, даже так называемые «необслуживаемые», при своей работе выделяют вредные газы.

Самым лучшим вариантом для систем автономного и резервного электроснабжения является использование специальных АБ, рассчитанных на циклические режимы работы и регулярный глубокий разряд. Можно применять как АБ с жидким электролитом (серия OpzS), так и герметичные гелевые АБ (серия OpzV). Такие батареи намного дороже автомобильных, но зато, при правильном проектировании системы, гарантируют надежное электроснабжение.

Промежуточным вариантом является использование герметичных батарей, выполненных по AGM или GEL технологии. Эти батареи работают значительно лучше автомобильных аккумуляторов, не выделяют при своей работе вредных веществ, а стоят не намного дороже стартерных батарей.батареи - герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-12 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30%-40% от емкости), то их срок службы сокращается.

Такие АБ используются в UPS; вообще UPS предназначены для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Поэтому, учитывая что обычно они стоят в офисах, там и ставят AGM и гелевые батареи. Даже если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы.

Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Почти все герметичные аккумуляторы могут на какое-то время устанавливаться на боку. Однако производитель обычно рекомендует устанавливать батареи в «нормальной», вертикальной позиции.

Такие АБ имеют большую, по сравнению со стартерными батареями, толщину пластин электродов, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей.

В связи с этим, в системах на базе возобновляемых источников энергии, а также в системах бесперебойного питания, целесообразно использовать, хотя и более дорогие, герметичные, необслуживаемые АБ. Солнечная батарея, термоэлектрический генератор и небольшой мощности ветроэлектрическая установка вырабатывают сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят даже самые дешевые из необслуживаемых АБ.

Гелевые аккумуляторной батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами с технологией AGM при сохранении всех их достоинств - герметичности, необслуживаемости, практическом отсутствии вредных газовыделений при работе, большой срок службы.

Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также они менее болезненно переносят глубокий разряд. Однако одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора.

Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.

В итоге принимаем аккумуляторы Delta (технология GEL)(рисунок 2.1)

Рисунок 2.15 - Аккумулятор Delta GL

Сферы применения:

•Источники бесперебойного питания

•Гарантированное питание систем связи

•Телефонные станции

•Резервное питание станций сотовой и радиорелейной связи

•Системы солнечной и ветроэнергетики

Общее описание аккумуляторной батареи Delta GL:

Свинцово-кислотные моноблоки Delta серии GL изготовлены по технологии GEL. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов Delta GL к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность. Расчетный срок службы составляет 5 лет. Аккумуляторы Delta серии GL предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

К особенностям и преимуществам этих АБ можно отнести: Устойчивость к глубоким разрядам, температурная стабильность характеристик, исключены утечки кислоты, гарантируется безопасная эксплуатация с другим оборудованием, отсутствует газовыделение, достаточно естественной вентиляции, Нет необходимости в контроле уровня и доливе воды. Корпус выполнен из негорючего пластика ABS.

Срок службы : В буферном режиме: 5 лет. В циклическом режиме: 1300 циклов при 30% глубине разряда.

Температурные режимы : Хранение от -35°С до +60°С .Заряд от -10°С до +60°С .Разряд от -20°С до +60°С

Метод заряда: Заряд постоянным напряжением (25°C) .Циклический режим 14.3-14.5В .Буферный режим 13.4-13.7В

Таблица 2.6 - Технические данные АБ

Таблица 2.7 - Состав нагрузки

При использовании в качестве источника электроэнергии солнечную панель и ветрогенератор время резервирования будет сосавлять 8 часов.

Для дальнейших расчетов найдем среднечасовую мощность за зимние сутки:

                                        (2.1)