Технико-экономическое обоснование энергоэффективности молочной фермы личного подсобного хозяйства с солнечными системами энергоснабжения в условиях Прибайкальского района РБ

Производство продукции в категории личные подсобные хозяйства могло бы быть намного больше, если бы существовало стимулирование из средств бюджета, или хозяева твердо знали, что их продукция будет востребована, причем по достойной цене, и третье - наличие кормовой базы.

1.2 Характеристика электрификации фермы

Основными объектами энергопотребления фермерского хозяйства являются дом фермера, животноводческая ферма, теплица, кормоцех и электронасосная станция. Инженерное обеспечение фермы должно предусматривать следующие виды жизнеобеспечения: хозяйственно-питьевое водоснабжение (местное); бытовую канализацию; горячее водоснабжение; тепло-, холодо- и электроснабжение; вентилирование; очистку серых стоков перед сбрасыванием их наружу. Практически на фермах любого типа 80% энергии идет на нагрев воды или воздуха, а также приготовление кормов. Около 20% идет расходуется на электроосвещение и коммунальные нужды обслуживающего персонала.

1.3 Расчет годовой потребности в электрической энергии фермерского хозяйства

Анализ почасовых данных зимних периодов показал, что максимальная температура зимних месяцев декабря и января равна -15°С, а по многолетним данным зоны бассейна оз. Байкал эти месяцы являются самыми холодными, т.е. вентиляционно-отопительная установка будет работать с постоянной воздухоподачей 1200 м³/ч. Среднее значение температуры отопительного периода , исключая месяцы декабрь и январь составляет И_н, = -11°C, а влагосодержание d_н =1.4г/кг. Среднее значение температуры приточного воздуха в этот момент времени будет равно:

И_пр=и+[к₀F(и- и_н)+ Q_и +Q_инф- Q_ж] /сгL;

И_вн=14°C; к₀F =740кДж/ч°C=0.205кВт/°C;

и_н=-11°C; Q_и=7.64кВт; Q_инф=0.91кВт; Q_ж=17.4 кВт;

г ? c ? L=1.43 ? 1•1450 =1783 кДж/ч°C=0.5 кВт/°C

И_пр=14+[0.205(14+11)+7.64+0.91-17.4] /0.5 =6.5°C

Количество потребной теплоты составит:

Q = сгL(И_пр -и_н); Q=10кВт

Среднее значение мощности Р, исключая январь и декабрь составит за отопительный период 10кВт. Продолжительность отопительного периода, где ВОУ работает с переменным воздухообменом 120 дней и расход электроэнергии на подогрев вентиляционного воздуха за эти дни равен:

Э_г = Р•24•n_от =10?24?120=28800 кВт?ч.

Среднее значение температуры декабря и января по многолетним данным составляет -23.6°C. Значение температуры приточного воздуха в этот период будет равно:

И_пр=14+[0.205(14+23.6)+7.64+0.91-17.4] /0.477 = 11.6°C

Здесь г ? c ? L=1.43 ? 1•1200 =1716 кДж/ч°C=0.477 кВт/°C

Расход электроэнергии на подогрев вентиляционного воздуха за январь и декабрь составит:

Э_г = Р•24•n_от =21•24•62=31248 кВт•ч

Годовой расход электроэнергии на подогрев вентиляционного воздуха в помещении фермы за отопительный период составит:

? Э_г=28800+31248=60048 кВт•ч =216ГДж

энергообеспечение отопление гелиоустановка

Раздел 2. Электротехническая часть

Коровник предназначен для привязного содержания 12 коров.

Содержание скота привязное, в стойлах. Стойла представляют собой расположенные рядом небольшие площадки, выделенные из общей площади стойлового помещения.

Стойла размещены в 2 ряда с устройством навозного прохода в центральной части между рядами. Навозные проходы используют также для вывода коров из помещения.

Стойловые помещения очищают от навоза по мере заполнения, но для поддержания чистоты в них настилают ежедневно свежий слой измельченной соломенной или торфяной подстилки.

Корм животных по кормушкам развозят и раздают при помощи гужевого транспорта или ручных тележек. Для питья животных предусмотрены специальные автопоилки, которые запроектированы в местах кормления. В зимний период воду животным подогревают до 15°С.

Помещение для содержания коров оборудовано доильными аппаратами индивидуального пользования (дойка в ведро), вспомогательное оборудование для транспортировки молока (флягами, тележками) подводом горячей воды к раковинам для подмывания вымени животных перед дойкой.

Родильное отделение специально запроектировано. Оно выгораживается отдельно от стойл. После отёла оно используется как денник. Здесь содержат телят и коров при неотъемном методе выращивания от 10 до 90 дней.

После окончания отелов и вскармливания временный денник разбирают и оборудуют под содержание телят.

В торцах коровника имеются ворота для выхода животных и для въезда гужевого транспорта, уборочных механизмов и др. техники.

Крайние стойла и боксы отделены от поперечных проходов сплошными дощатыми перегородками высотой не менее 1 м.

Неотъемлемой принадлежностью оборудования коротких стойл является короткая привязь, которой животного привязывают к стойловой раме и к переднему борту кормушки, так чтобы они не становились в кормушки и в жижесточные навозные канавки и не ложились поперек стойла.

Кормушки запроектированы деревянные и представляют собой желоба (корыта) с дном полуовальной формы, устроенные по длине всего ряда стойл и расположенные непосредственно на полу.

Задняя стенка кормушек должна быть выполнена в виде ломаного щита высотой 600 мм из узких, хорошо отструганных досок, высота передней стенки - 300 мм.

В передней стенке каждой кормушки устроен овальный вырез для шеи животного так, что высота стенки посредине стойла составляла бы всего 100 мм. Ширина кормушки по верху 700 мм, по дну 400 мм. В дне кормушки предусмотреть уклон величиной 0,005 от середины к концам и сделать отверстия с решеткой и пробками для спуска смывной воды.

Помещение для хранения концентратов при необходимости в зимний период можно использовать как кормоприготовительный цех (без варки). Запаривать концентраты можно горячей водой от трубопровода. Горячая вода подведена ко всем чугунным мойкам.

Моечная предназначена для мытья доильных аппаратов и фляг. Помещение оборудовано моечной ванной и сушилкой для фляг. Здесь же, молоко после доения процеживается, сливается во фляги и охлаждается теплонасосной установкой.

При использовании нескольких блоков-коровников может возникнуть задача переработки молока, для чего необходимо специальное помещение.

Помещение для переработки молока может быть оснащено: электрическим котлом, ванной длительной пастеризации, молоконасосами, танком-охладителем, сепаратором, холодильником, прессом для отжима творога и т.д.

Основное внимание при проектировании уделено задачам минимизации энергетических затрат для производства продукции молока. Для получения устойчивых надоев молока необходимо содержать коров в комфортных для нее условиях. Одним из таких условий являются влажность и температура окружающего воздуха. Для уменьшения теплопотерь коровник спроектирован с буферными зонами и с повышенной теплоизоляцией. В качестве теплоизоляции служат хранилища сена вдоль северной стороны коровника и на чердаке.

Отопление коровника панельно-лучистое (греющий пол) и воздушное. Воздушное отопление совмещено с принудительной вентиляцией через 3-х слойный стеклянный теплообменник-рекуператор и солнечный коллектор, и служит одновременно для эффективного проветривания помещения. Расход воздуха составляет 500-600 м³/ч. Температура воздуха на выходе из системы в помещение должна быть не ниже 18°С. Работает эта система отопления в ясную погоду в период весна-осень и зимний месяц февраль. Мощность системы отопления составляет 3-4,5 кВт. В морозные дни (t< -15°С) подключается дублирующий источник тепла - электрокотел.

Данная система кондиционирования с естественной циркуляцией воздуха (термогравитация) производит за 1 час 6-10 квадратный воздухообмен коровника (V=130 м ). Максимальный расход воздуха через теплообменник L=2000 м³/ч.

Данный проект представляет собой единый блок коровник-теплицу. Он может блокироваться с несколькими такими же блоками. Теплицы могут удлиняться путем наращивания секций (стеклянных или пленочных). Блоки фермы-теплицы могут блокироваться с птичником, свинарником, хозяйственным двором, зернохранилищем и т.д.

В проекте использованы современные разработки в области инженерного оборудования, переработки отходов и их утилизации. Осуществление проекта позволит отработать наиболее рациональные режимы эксплуатации фермы-теплицы и даст возможность вести массовое проектирование и строительство подобных объектов.

2.1 Расчет сечения провода

Пример расчета сечения проводов производим по насосной комнате. Сечение провода насосной (мощность насоса 220Вт) определяем по формуле:

(2.1)

где: l - длинна провода,

Р - мощность установки,

U - напряжение установки,

с - удельное сопротивление материала, для алюминия с = 36 Ом/мм² .

2.2 Выбор аппаратуры управления и защиты

Автоматический выключатель предназначен для защитного отключения цепи управления насосом системы солнечных коллекторов горячего водоснабжения и выбирается из условий :

U_ан U_н;

I_ан I_р.mах; (2.2.)

I_а.откл I_к.

где: U_ан, U_н - номинальное напряжение автоматического выключателя и сети соответственно, В;

I_ан,, I_р.mах - соответственно номинальный ток автоматического выключателя и максимальный рабочий ток в сети, А;

I_а.откл - максимальное значение тока короткого замыкания, которое автомат способен отключить, оставаясь в работоспособном положении, А;

I_к - наибольший ток короткого замыкания А.

Принимаем автоматический выключатель АВДТ32 U_н= 230В, I_ан=25А./30/

Диоды для предотвращения разряда аккумуляторных батарей ФВУ выбираем исходя из назначения и коммутируемых токов:

принимаем диод VD I_ном = 100А U_ном = 400В./30/

Для контроля температуры выбираем датчики немецкой фирмы Tauchhulse марки ТН100Е SW21.

2.3 Расчет сечения провода

Сечение провода ФВУ определяем по формуле:

(2.3.)

где: l - длинна провода,

Р - мощность установки, кВт,

U - напряжение установки, В,

- удельное сопротивление материала, для меди k = 56 Ом/мм² .

Принимаем провод марки ПРД-2,5.

2.4 Выбор насоса и вентилятора для системы теплоснабжения

Насос для циркуляции теплоносителя системы горячего водоснабжения выбираем фирмы Grondfos марки GS-25, мощностью 25 Вт.

Вентилятор для циркуляции воздуха в пассивной солнечной системе и комплекс оборудования для открытия и закрытия заслонок принимаем фирмы Resol , марки Deita-501, мощностью 120 Вт.

2.5 Расчёт освещения фермы КРС на 36 голов

Естественное освещение наиболее ценно для животноводческих помещений, однако, в зимний период, а также поздней осенью, оно недостаточно. Нормальное освещение помещения обеспечивается при соблюдении нормативов искусственной освещённости.

Задача: выбрать люминесцентные светильники и определить их число для освещения животноводческого помещения площадью 19,2 Х 10,3 м по внутреннему обмеру, для которого нормированная освещенность L_min=100 лк.

Расчёт искусственного освещения помещения производим наиболее точным методом - точечным методом по формуле [7]:

(2.4.)

где: - необходимый световой поток лампы, лм,

Е_МИН - нормированная освещенность, лк,

k - коэффициент запаса,

- коэффициент добавочной освещенности,

- суммарная условная освещенность расчетной точки, лк.

Рассчитаем необходимый световой поток для одной из комнат:

Рис 1. Распределение освещение в комнате 1.

Исходные данные: расчетная высота h_Р=2,5м, Е_МИН=75лк, k=1,5, =1,2.

На плане намечаем контрольные точки А и Б, в которых освещенность может оказаться наименьшей. Определяем расстояние от этих точек до ближайшей лампы и определяем условную освещенность:

ОА=2,54 м, е = 34 лк, ОБ=2,8 м , е = 36 лк.

За расчетную точку принимаем точку Б:

Выбираем 2 лампы марки БК215-225-100, со световым потоком 1450 лк, и мощностью 100 Вт.

Аналогичный расчет ведем для всей молочной фермы, мощность и количество осветительных установок сведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.Перечень осветительных установок.

2.6 Исследование комбинированных гелиоветроэнергетических систем

Специфические особенности автономных потребителей регламентируют экономическую целесообразность централизованного применения местных ресурсов угля, газа; для энергоснабжения таких потребителей как животноводческие фермы, полевые станы, метеостанции, буровые установки, компрессорные станции, месторождения минерально-сырьевых ресурсов и т.д. Поэтому практическая значимость решения вопросов, связанных с рациональным электро- и теплоснабжением автономных потребителей на базе использования местных возобновляемых энергетических ресурсов, не вызывает сомнения.

Специфика решения вопросов энергоснабжения автономных потребителей обусловлена: территориальной рассредоточенностью объектов; неравномерностью распределения ресурсов возобновляемых и традиционных источников энергии; малой мощностью автономных потребителей.

Природные и хозяйственно-экономические факторы в зависимости от местных условий по-разному оказывают воздействие: с одной стороны, на эффективность применения различных способов энергообеспечения, а с другой - на экономику потребителей, что приводит к необходимости учета этих факторов в технико-экономических расчетах при выборе эффективных способов и схем энергоснабжения, обосновании конструктивных и теплотехнических параметров установок.

Рентабельным является использование ВИЭ для частичного покрытия низкопотенциальной тепловой нагрузки в быту, сфере обслуживания населения и технологических процессах в различных отраслях народного хозяйства. Применение ВИЭ особенно эффективно для энергоснабжения рассредоточенных мелких потребителей, удаленных от крупных энергосистем. Анализ ресурсов различных видов ВИЭ выявил, что в условиях Байкальского региона наиболее доступными и достаточно эффективными для решения задач энергоснабжения автономных потребителей являются такие источники энергии, как солнце и ветер.

Изучение и анализ патентно-технических материалов, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ показывают, что солнечная энергия используется в тепловых (отопление, охлаждение и горячее- водоснабжение помещений, выращивание сельскохозяйственных культур в теплицах, опреснение воды, сушка продуктов и др.), биологических и химических процессах, термодинамических, термо- и фотоэлектрических преобразователях для получения электрической энергии.

Из-за специфичности автономных потребителей и новизны рассматриваемых вопросов еще отсутствует единый обобщенный методологический подход к разработке высокоэффективных технологических схем установок, теоретическим и экспериментальным исследованиям рабочих процессов и определению энергетических характеристик ВИЭ и комбинированных установок, оптимизации конструктивных, теплотехнических параметров КГВЭС.

Существующие теоретические и экспериментальные решения вопросов, относящихся к использованию ВИЭ, основываются на выборе параметров только отдельных гелио- и ветроэнергетических установок или элементов без учета их функциональных взаимосвязей. Поэтому нет машинных и упрощенных инженерных методов расчета установок, учитывающих особенности комбинированного использования НВИЭ для комплексного энерго- и водоснабжения автономных потребителей и являющихся основой математического моделирования, оптимизации и проектирования КГВЭС.

Анализ материалов международных симпозиумов и конференций по использованию возобновляемых источников энергии (Солнце, ветер, геотермальные воды, окружающий воздух, грунт, поверхностные и дренажные воды и т.д.) для электро-, тепло-, хладо- снабжения подтвердило соответствие разработанных принципов комбинированного использования ВИЭ для создания КГВЭС с общей тенденцией развития энергоснабжения автономных потребителей в мире.

2.7 Исследование энергетических характеристик комбинированных гелиоветроэнергетических агрегатов

Для электроснабжения автономных потребителей, базирующихся в районах Байкальского региона в настоящее время, используются традиционные дизель-электрические станции и линии электропередач. Научные достижения последних лет по использованию ВИЭ позволяют рекомендовать применение на рассматриваемой территории солнечных термоэлектрических генераторов, солнечных фотоэлектрических преобразователей, ветроэлектрических станций. Проведенные технико-экономические исследования перечисленных способов электроснабжения показывают, что их эффективность в основном определяется радиационным и ветровым режимами данного района, специфическими требованиями потребителей, уровнем совершенства реализующих эти способы установок.

Электроснабжение автономных потребителей в районах с благоприятными ветровыми режимами более целесообразно осуществлять с помощью ветроэлектрических агрегатов. В районах Байкальского региона со среднегодовой скоростью ветра ниже 3,5 м/с для электроснабжения автономных потребителей следует применять комбинированные гелиоветроэлектрические агрегаты (КГВЭА). Это объясняется тем, что во многих районах региона график поступления суммарной энергии имеет более выровненный характер по сравнению с графиками поступления энергии солнечной радиации и ветра.

Основное преимущество применения КГВЭА - достаточно хорошее совпадение временных зависимостей выработки КГВЭА и потребления электроэнергии автономными потребителями.

К числу основных факторов, влияющих на эффективность КГВЭА, относятся удельные капитальные вложения в ВЭС и СЭС, величины которых зависят от объема, технологии и организации производства, конструкции и применяемых материалов, диаметра ветроколеса и площади гелиоколлектора при заданных гелио- и ветроэнергетических режимах местности. К сожалению, в настоящее время серийно не выпускается унифицированный ряд гелио- и ветроэнергетических агрегатов, в связи с чем установить закономерности изменения удельных капиталовложений от названных факторов не представляется возможным.

Таким образом, для электроснабжения фермы принимаются следующие источники энергии:

- ветер;

- солнечное излучение;

- аккумуляторы (резерв).

2.8 Расчет прихода суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность

Если средние месячные значения дневных приходов солнечной радиации на горизонтальную поверхность известны, то данных для наклонной поверхности нет. Метод расчета средних для каждого месяца дневных приходов солнечной радиации на ориентированную в южном направлении наклонную поверхность был разработан Лю и Джорданом .

Среднемесячный дневной приход суммарной радиации на наклонную поверхность, равен:

Э_вi = К_?•Э_г, (2.5)

где Э_г - среднемесячный дневной приход суммарной радиации на горизонтальную поверхность; K_? - отношение среднемесячных дневных приходов суммарной радиации на наклонную и горизонтальную поверхность.

Чтобы определить К_?, нужно знать составляющие солнечной радиации: прямую, диффузную и отраженную.

Предполагая, что диффузное излучение изотропно (т. е. равномерно распределено по небосводу), K_? можно представить виде:

,(2.6)

где - среднемесячный дневной приход диффузной радиации на горизонтальную поверхность; К_пр - отношение среднемесячных приходов прямой

радиации на наклонную и горизонтальную поверхности; в - угол наклона коллектора к горизонту; с - отражательная способность земли изменяется от 0,2 до 0,7 в зависимости от протяженности снежного покрова.

Первый, второй и третий члены этого уравнения представляют соответственно доли прямого, диффузного излучения и отраженно от Земли на поверхность коллектора.

Теоретически К_пр является функцией пропускательной способности атмосферы. Однако эту величину можно определить как отношение приходов внеатмосферной радиации на наклонную горизонтальную поверхность.

Рассмотрим рисунок 2.2, отображающий приход солнечной радиации на горизонтальную и наклонную поверхности.

Рис 2.2. Приход солнечной радиации на горизонтальную и наклонную поверхности.

Из рисунка 2.2 следует, что

Э=Э_n•cosи_z(2.7)

Э_т=Э_n•cosи_т(2.8)

где Э- прямая составляющая суммарной солнечной радиации, для которой вводится угловая поправка (поток радиации, падающей на горизонтальную поверхность).

Отношение потока Э_т, падающего по нормали на наклонную поверхность, к соответствующему потоку радиации Э, падающему на горизонтальную поверхность, может быть выражено через углы и_z и и_т и поток радиации Э_n, падающей в рассматриваемом направлении, следующим образом:

.(2.9)

Используем расчетный метод из работы Хоттеля и Вёрца, применимый для наклонных поверхностей [9]:

cosи_z = sinд•sinц+cosд•cosц•cosщ(2.10)

cosи_Т⁼ sinд•sin(ц-в)+cosд•cos(ц-в)•cosщ,(2.11)

где. и_Z - зенитный угол между направлениями на Солнце и вертикалью (нормально); и_Т - зенитный угол между направлением на Солнце и нормалью к поверхности с углом наклона в; д -- склонение, т.е. угловое положение Солнца в солнечный полдень относительно плоскости экватора (+ для северного полушария); ц - широта местности; щ- часовой угол, равный 0 в солнечный полдень: каждый час соответствует 15° долготы, причем значения часового угла до полудня считаются +, а после полудня отрицательными; в - угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной поверхностью.

Рассчитываем поправочный коэффициент для условий с.Горячинск.

.(2.12)

Расчет значений коэффициентов К_? ведем для полуясных и ясных дней раздельно. Суточные значения прихода суммарной, диффузной солнечной радиации на горизонтальную поверхность в полуясные и ясные дни, поправочного коэффициента К_?, суточные значения суммарной солнечной радиации на наклонную площадку с ориентацией на юг под углом в = 50°

Значения прихода суммарной солнечной радиации на наклонную площадку с учетом плотности радиации не ниже 0,4 кВт/м² в течение не менее 5 часов в сутки и поправки К_пр к летним месяцам до +10 %, а к зимним - с минусом 15 % согласно с учетом непрерывности солнечного сияния не менее 5 часов.

2.9 Фотоэлектрический модуль

PV Модули 120 Ватт с круглыми ФЭП, обрамленные алюминиевым каркасом со стеклянным покрытием.

PV Модули, производятся из круглых монокремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) покрытых антиотражающим покрытием. Оригинальная запатентованная технология обеспечивает оптимальный режим зарядки при высоких температурах, а также при низком уровне освещенности.

ФЭП ламинируется в стекло с низким содержанием железа при помощи этиленвинилацетатной (EVA) пленки на передней поверхности и полиэтиленэтерофтолата (PET) на задней поверхности. Тяжелый алюминиевый каркас изготавливается из анодированного алюминиевого сплава.

Все PV Модули индивидуально тестируются и маркируются.

Стойкая против атмосферных воздействий соединительная коробка обеспечивает адекватное пространство для монтажа.

Модули пригодны для применения и в 12V, и в 24V системах.

10 лет гарантии на минимум 90% выходной мощности.

2.10 Выбор аккумулятора

Задача и цель аккумулирования энергии состоит в том, чтобы сравнять различия между колеблющимися в течение дня и года прихода и расхода энергии, обеспечивая надёжное энергообеспечение особенно в автономно работающих системах.

При использовании ФЭ существуют в целом следующие требования к накопителям:

- дневные циклы зарядки-разрядки;

- накопление большого количества энергии;

- накопление на долгий срок;

-малые потери;

- низкие расходы по техническому обслуживанию;

-высокая плотность энергии и мощности;

-низкие затраты;

-природная переносимость (рециклирование).

С экономической точки зрения свинцово- кислотный аккумулятор лучше всего подходит для выполнения этих задач особенно при стационарном применении.

Он имеет один положительный (двуокись свинца) и один отрицательный (свинец) электрод. Они отделены друг от друга сепараторами и находятся в электролите из разбавленной серной кислоты. Сегодня существуют самые разные виды исполнения, которые различаются по своим расходам, устойчивостью циклов (срок службы) и затратам на техническое обслуживание.

При использовании важно, что выдаваемая ёмкость свинцового аккумулятора зависит от температуры и разрядного тока.

Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторные батареи (далее - аккумуляторы), предназначенные для использования в качестве источников постоянного тока для электропитания или резервирования аппаратуры ОПС, связи и видеонаблюдения, в короткий срок завоевали популярность у пользователей и разработчиков. Наиболее широкое применение получили аккумуляторы, производимые фирмами: "Power Sonic", "CSB", "Fiamm", "Sonnenschein", "Cobe", "Yuasa", "Panasonic", "Vision".

Аккумуляторы такого типа имеют следующие достоинства:

-герметичность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу;

-не требуются замена электролита и доливка воды;

-возможность эксплуатации в любом положении;

-не вызывает коррозии аппаратуры ОПС;

-устойчивость без повреждений к глубокому разряду;

-малый саморазряд (менее 0,1%) от номинальной емкости в сутки при температуре окружающей среды плюс 20 °С;

-сохранение работоспособности при более чем 1000 циклов 30% разряда и свыше 200 циклов полного разряда;

-возможность складирования в заряженном состоянии без подзаряда в течение двух лет при температуре окружающей среды плюс 20 °С;

-возможность быстрого восстановления емкости (до 70% за два часа) при заряде полностью разряженного аккумулятора;

-простота заряда;

-при обращении с изделиями не требуется соблюдение каких-либо мер предосторожности (так как электролит находится в виде геля, отсутствует утечка кислоты при повреждении корпуса).

Одной из основных характеристик является емкость аккумулятора С (произведение тока разряда А на время разряда ч). Номинальная емкость (значение указано на батарее) равна емкости, которую отдает аккумулятор при 20-часовом разряде до напряжения 1,75 В на каждой ячейке. Для 12-вольтового аккумулятора, содержащего шесть ячеек, это напряжение равно 10,5 В. Например, аккумулятор с номинальной емкостью 7 Ач обеспечивает работу в течение 20 ч при токе разряда 0,35 А. При расчете времени работы аккумулятора при токе разряда, отличном от 20-часового, реальная емкость его будет отличаться от номинальной. Так, при более 20-часовом токе разряда реальная емкость аккумулятора будет меньше номинальной.

Емкость аккумулятора также зависит от температуры окружающей среды.

Все фирмы-производители выпускают аккумуляторы двух номиналов: 6 и 12 В с номинальной емкостью 1,2 ... 65,0 Ач.

2.10.1 Эксплуатация аккумуляторов

При эксплуатации аккумуляторов необходимо соблюдать требования, предъявляемые к их разряду, заряду и хранению.

2.10.2 Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от минус 20 (для некоторых типов аккумуляторов от минус 30 °С) до плюс 50 °С. Такой широкий температурный диапазон позволяет устанавливать аккумуляторы в неотапливаемых помещениях без дополнительного подогрева.

Не рекомендуется подвергать аккумулятор "глубокому" разряду, так как это может привести к его порче. В таблице 2.2 приведены значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Таблица 2.2. Значения допустимого напряжения разряда для различных значений тока разряда.

Аккумулятор после разряда следует немедленно зарядить. Это особенно касается аккумулятора, который был подвергнут "глубокому" разряду. Если аккумулятор в течение длительного периода времени находится в разряженном состоянии, то возможна ситуация, при которой восстановить полностью его емкость будет невозможно.

Некоторые разработчики источников питания со встроенным аккумулятором устанавливают напряжение отключения батареи при ее разряде предельно низким (9,5...10,0 В), пытаясь увеличить время работы в резерве. На самом деле увеличение продолжительности ее работы в этом случае незначительно. Например, остаточная емкость батареи при ее разряде током 0,05 С до 11 В составляет 10% от номинальной, а при разряде большим током это значение уменьшается.

2.10.3 Соединение нескольких аккумуляторов

Для получения номиналов напряжений свыше 12 В (например, 24 В), используемых для резервирования приемно-контрольных приборов и извещателей для открытых площадок, допускается последовательное соединение нескольких аккумуляторов. При этом следует соблюдать следующие правила:

-Необходимо использовать одинаковый тип аккумуляторов, производимых одной фирмой-изготовителем.

-Не рекомендуется соединять аккумуляторы с разницей даты времени изготовления больше чем 1 месяц.

- Необходимо поддерживать разницу температур между аккумуляторами в пределах 3 °С.

-Рекомендуется соблюдать необходимое расстояние (10 мм) между батареями.

2.10.4 Хранение

Допускается хранить аккумуляторы при температуре окружающей среды от минус 20 до плюс 40 °С.

Аккумуляторы, поставляемые фирмами-изготовителями в полностью заряженном состоянии, имеют достаточно малый ток саморазряда, однако при длительном хранении или использовании циклического режима заряда возможно уменьшение их емкости.

Во время хранения аккумуляторов рекомендуется перезаряжать их не реже 1 раза в 6 месяцев.

2.10.5 Заряд аккумулятора

Заряд аккумулятора можно осуществлять при температуре окружающей среды от 0 до плюс 40 °С.

При заряде аккумулятора нельзя помещать его в герметично закрытую емкость, так как возможно выделение газов (при заряде большим током).

Выбор зарядного устройства

Необходимость правильного выбора зарядного устройства продиктована тем, что чрезмерный заряд будет не только уменьшать количество электролита, а приведет к быстрому выходу из строя элементов аккумулятора. В то же время уменьшение тока заряда приводит к увеличению продолжительности заряда. Это не всегда желательно, особенно при резервировании аппаратуры ОПС на объектах, где часто происходят отключения электроэнергии,

Срок службы аккумулятора существенно зависит от методов заряда и температуры окружающей среды.

Буферный режим заряда

При буферном режиме заряда аккумулятор всегда подключен к источнику постоянного тока. В начале заряда источник работает как ограничитель тока, в конце (когда напряжение на батарее достигает необходимого значения) - начинает работать как ограничитель напряжения. С этого момента ток заряда начинает падать и достигает величины, компенсирующей саморазряд аккумулятора.

Циклический режим заряда

При циклическом режиме заряда производится заряд аккумулятора, затем он отключается от зарядного устройства. Следующий цикл заряда осуществляется только после разряда аккумулятора или через определенное время для компенсации саморазряда.

2.11 Устройство для крепления

Важной частью солнечной фотоэлектрической системы является поддерживающая конструкция для солнечных панелей. Поддерживающая конструкция обеспечивает правильный угол наклона панелей, а также необходимую жесткость конструкции. Комбинация поддерживающей конструкции с солнечными модулями должна выдерживать порывы ветра и другие воздействия окружающей среды.

Имеется большое разнообразие конструкций - от самодельных до промышленно изготавливаемых для больших фотоэлектрических систем. Поддерживающая конструкция может быть изготовлена из металла или синтетического материала.

Есть несколько типов поддерживающих конструкций в зависимости от того, где устанавливается фотоэлектрическая система. Для соединенных с сетью систем это может быть плоская или с малым наклоном крышная конструкция, или конструкция для фасада здания.

Соединенные с сетью системы также могут быть элементом конструкции здания (интегрированные солнечные системы). Для таких применений разрабатываются и изготавливаются специальные конструкции.

Интеграция со зданием стала важным аспектом для соединенных с сетью солнечных фотоэлектрических систем. Для уменьшения стоимости системы интеграция в здание может иметь большое значение. Более того, интеграция в здание может быть отличным способом улучшить архитектуру здания и показать, что элементы конструкции здания также могут выполнять функцию генерации электричества.

Раздел 3. Расчет солнечной установки для теплоснабжения молочной фермы ЛПХ

3.1 Расчет нагрузки отопления фермы

Расчет отопления и вентиляции фермы проводим согласно СНиП 2.11.02-87#S.

В отличие от обычных систем отопления, использующих газ, электроэнергию, органическое топливо, эффективность и экономика системы солнечного теплоснабжения в значительной степени зависит от того, какая доля нагрузки отопления или нагрузки горячего водоснабжения обеспечивается за счет солнечной энергии.

Чтобы выбрать оборудование обычных систем достаточно определить расчетную (т.е. максимально возможную) нагрузку отопления.

Требуемую мощность системы отопления определяем из уравнения теплового баланса:

(3.1)

Где - суммарные теплопотери фермы, кВт*ч.

(3.2)

где - потери тепла через ограждающие конструкции;

- теплота, выделяемая животными ;

- теплопотери на инфильтрацию;

- теплопотери с испарением влаговыделений;

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции.

Теплопотери через ограждающие конструкции равны:

(3.3)

где R_o - минимальное значение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, м²*°С/Вт.

Находим значения F для стен, остекленной поверхности, потолка, пола, согласно нормам СНиП II-3-79 для градусо-дней отопительного периода 6500 (Заиграево).

Минимальное значение сопротивления ограждающих конструкций должно составить для: стен - 2,1 м^2оС/Вт, пола-2,13 м^2оС/Вт, покрытий - 3,37 м^2оС/Вт, светопрозрачного покрытия - 0,46 м^2оС/Вт (двухслойный стеклопласт плюс одинарное остекление) и 0,38 м^2оС/Вт (двойное остекление в деревянных или пластмассовых раздельных переплетах), требуемое сопротивление дверей должно быть не менее 0,6 R_o стен.

Данные сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Значение фермы площадью S = 190 м².

...