Автономная система электроснабжения частного домовладения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автономная система электроснабжения частного домовладения

Астрахань, 2013 год

Введение

Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Автономная фотоэлектрическая система полностью независима от сетей централизованного электроснабжения. За исключением некоторых специальных применений, в которых энергия от солнечных батарей напрямую используется потребителями (например, водоподъемные установки, солнечная вентиляция и т. п.), все автономные системы должны иметь в своем составе аккумуляторные батареи. Энергия от аккумуляторов используется во время недостаточного прихода солнечной радиации или когда нагрузка превышает генерацию солнечных батарей.

1. Электроснабжение

Возможно создание автономной системы электроснабжения на солнечных батареях различной сложности.

Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока (обычно 12 или 24В).

Такие системы применяются для обеспечения работы освещения и небольшой нагрузки постоянного тока в доме - радио, телевизор, ноутбук, магнитофон и т. п.

Можно использовать различные автомобильные аксессуары, вплоть до холодильников. Следует отметить, что при этом необходима прокладка отдельной проводки постоянного тока со специальными розетками и вилками, которые исключают неправильную полярность подключения.

При подключении светильников с лампами постоянного тока необходимо также соблюдать полярность и следить за тем, чтобы при замене ламп они имели такую же полярность подключения, как и те, которые использовались ранее.

В противном случае возможен выход из строя ваших потребителей.

Рис. 1. - Фотоэлектрическая система постоянного тока для дома:

Типовая схема такой системы приведена на рисунке справа. Обычно такие системы применяются, если максимальное расстояние от аккумулятора до самой дальней подключенной нагрузки не превышает 10-15 м., а ее мощность - не более 100Вт. При этом надо следить за тем, чтобы падение напряжения при всех включенных потребителях в самой дальней точке было в пределах допустимого (обычно не более 10%). Для правильного выбора сечения провода вы можете воспользоваться справочной информацией по выбору сечения провода исходя из допустимого падения напряжения на участке электропроводки. Если у вас нагрузка превышает указанные рекомендованные максимальные значения, или потребители электроэнергии находятся на значительном расстоянии от аккумулятора, необходимо добавить в систему инвертор (преобразователь постоянного тока низкого напряжения от аккумуляторов в 220В переменного тока). В этом случае вы сможете питать практически любую бытовую нагрузку суммарной мощностью, не превышающей мощность инвертора. Система электроснабжения автономного дома с выходом переменного тока на базе фотоэлектрической солнечной батареи в этом состоит из практически тех же компонентов, как и в предыдущем случае, плюс инвертор, т. е.:

Рис. 2. - Система электроснабжения для дома:

Система электроснабжения для дома, переменный ток:

1. Солнечной батареи необходимой мощности;

2. Контроллера заряда аккумуляторной батарея, который предотвращает губительные для батареи глубокий разряд и перезаряд;

3. Батареи аккумуляторов (АБ);

4. Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный;

5. Энергоэффективной нагрузки переменного тока.

Для обеспечения надежного электроснабжения необходим резервный источник электропитания (на рисунке не показан). В качестве такого источника может быть небольшой (2-6 кВт) бензо- или дизель электрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отсутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой, и т. п.).

В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) АБ от жидко-топливного электрогенератора. Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором функция заряда АБ уже встроена.

2. Анализ климатических особенностей

Солнечная радиация - излучение Солнца, которое распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью 300000 км/с. Электромагнитная радиация распространяется в виде электромагнитных волн с скоростью света и проникает в земную атмосферу. К земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. До 47% общего количества радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, достигает поверхности Земли и поглощается ею, 25% задерживается атмосферой - рассеивается молекулами газов и примесями. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардный его излучения.

Солнечная радиация - главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере. Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, географической широты местности, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат Актинометр и пиргелиометры.

Солнечная радиация обычно измеряется по ее тепловому воздействию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.

Виды солнечной радиации…

Прямая радиация - солнечная радиация, доходящая до земной поверхности в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от солнечного диска.

Рассеянная радиация - солнечная радиация, которая была рассеяна в атмосфере, поступает на земную поверхность по всему небесного свода. В пасмурные дни она является единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы.

Суммарная радиация - совокупность прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в естественных условиях на земную поверхность. Она зависит от географической широты, высоты над уровнем моря, прозрачности атмосферы и облачности. В горных районах распределение солнечной радиации очень сложный, потому что ее величина определяется также еще экспозицией и крутизной склонов. Распределение суммарной радиации представлено для равнин и предгорий с абсолютными высотами до 600 метров. Количество суммарной радиации уменьшается от экватора к полюсам, поскольку количество радиации, достигла земной поверхности, зависит от угла падения лучей, т. е., от широты местности. На всей территории СССР, кроме некоторых районов Средней Азии, юга Восточной Сибири и Дальнего Востока, зимой преобладает рассеянная радиация, летом - прямая солнечная радиация.

Отношение отраженной радиации к той, что поступила на данную поверхность, называется альбедо. Различные типы поверхности обладают различными показателями отражения солнечной радиации. Например, влажный чернозем имеет альбедо всего 5-10%, снег отражает 80-90% солнечной энергии.

3. Расчет установленной мощности и электропотребления нагрузкой

Рис. 3. - Диаграмма среднесуточной радиации 3 углов наклона:

К бытовым нагрузкам относятся такие приборы как кофеварка, кофемолка, тостер, блендер, электроплитка, пылесос, сушилка, бритва, ноутбук, настольный компьютер, принтер, телевизор, электрические часы, лампы, холодильник, холодильные камеры, сплит системы, дрели и т. д.

Рабочие напряжением называется максимальное напряжение на конденсаторе, которое он может выдержать без ущерба для себя. При больших напряжениях ток может просто "пробить" диэлектрик, как молния небо во время грозы.

Если подать на конденсатор напряжение, большее, чем то, на которое он рассчитан, то между металлическими пластинами проскочит искра, которая бесповоротно повредит его, сделав, таким образом, элемент бесполезным (закоротит его).

Установленная мощность.

Вт: УPi = P1 Ч n1 + P2 Ч n2 + … + Pi Ч ni = 60 Ч 3 + 200 + 60 + 700 + 900 + 50 Ч 2 + 1000 = 4760

Потребление электроэнергии в сутки:

Вт/день = P Ч n Ч Kи Ч часы

1) 60 Ч 3 Ч 4 = 720 Вт/день;

2) 200 Ч 0.8 Ч 4 = 640 Вт/день;

3) 60 Ч 0.6 Ч 24 = 864 Вт/день;

4) 700 Ч 0.8 Ч 5 = 2800 Вт/день;

5) 900 Ч 0.4 = 360 Вт/день;

6) 50 Ч 2 Ч 0.6 Ч 4 = 240 Вт/день;

7) 1000 Ч 0.8 Ч 0.5 = 400 Вт/день.

Суммарное потребление электроэнергии в сутки 6024 Вт/день.

Потребление электроэнергии за год с учетом изменения потребления электроэнергии в зависимости от сезона, например: система не работает зимой, зимой продолжительность темного времени суток больше чем летом, соответственно лампочки горят дольше.

При расчете используем 4 месяца: январь, апрель, июль, октябрь.

Потребление электроэнергии в год:

1) 900 Ч 3 Ч 300 + 720 Ч 3 Ч 30 + 360 Ч 3 Ч 30 + 900 Ч 3 Ч 30 = 267300 Вт/год;

2) 640 Ч 365 = 233600 Вт/год;

3) 864 Ч 365 = 315360 Вт/год;

4) 2800 Ч 4 Ч 30 = 336000 Вт/год;

5) 360 Ч 365 = 131400 Вт/год;

6) 240 Ч 365 = 87600 Вт/год;

7) 400 Ч 365 = 146000 Вт/год.

Суммарное потребление электроэнергии в год = 1517260 Вт/год.

Рис. 4:

4. Подбор оборудования

Инвертор:

Pвых ? УPi Ч 1,25 Pвых ? 5950

электроснабжение инвертор аккумуляторный

«СибКонтакт» ИС1-24-6000 инвертор DCAC:

- Выходное напряжение 220 В, 50 Гц. Чистый синус;

- Входное напряжение 24В (21-30В);

- Мощность 6000 Вт, максимальная 9000 Вт (в течение 5 сек.);

- Диапазон рабочих температур -40 и +40С;

- КПД 92%;

- Размеры 206х285х294 мм.;

- Длина проводов 50 см. (возможно увеличение длины под заказ);

- Вес 7,5 кг.;

- 42000 р.

Аккумуляторная батарея.

Емкость батарей 7720 Вт/ч в сутки.

1) 60 Ч 4 Ч 3 = 720 Вт/день;

2) 200 Ч 4 = 800 Вт/день;

3) 60 Ч 24 = 1440 Вт/день;

4) 700 Ч 5 = 3500 Вт/день;

5) 900 Ч 400 = 360 Вт/день;

6) 50 Ч 4 Ч 2 = 400 Вт/день;

7) 1000 Ч 0.5 = 500 Вт/день.

Выходное напряжение аккумуляторного блока 24В.

(((УкВт/ч в сутки) / Uвх инвертора) / глубина разряда) Ч количество дней резерва = суммарную емкость Ач = (7720/12/04) Ч 4 = 3216 Ач

Солнечный модуль инвертора: 7720/12 = 643.3 Ач/сутки.

Далее повторяем таблицу с данными по среднесуточному приходу солнечной радиации, Вт/ч/м. кв. в сут.

Сравнение выработки и потребления электроэнергии, Вт/ч/сутки (для каждого месяца).

Размещено на Allbest.ru