Разработка и создание индуктивного счетчика солнечной энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Разработка и создание индуктивного счетчика солнечной энергии

С.Л. Сафонов, магистрант

Н.А. Скрипаль, студент

Дальневосточный государственный университет

(Россия, г. Благовещенск)

Аннотация

В статье поднимается вопрос о не совершенности счетчиков солнечной энергии, используемых на данный момент в России, так как большинство этих счетчиков учитывают потребляемую энергию по модулю, то есть без вычета энергии направленной обратно в сеть. А также о возможности рационального использования энергии солнечных батарей, обращение не полезной нагрузки в полезную. К тому же представлено решение вопросов с помощью модернизации индукционного счётчика.

Ключевые слова: солнечная батарея, индуктивный счетчик, электроэнергия, фотоэнергетика, энергосбережение.

солнечная батарея счетчик полезная нагрузка

До недавнего времени применение фотоэнергетических технологий ограничивалось довольно узкой сферой - для энергоснабжения потребителей в удаленных от сетей энергосбережения областях, где расходы на другие источники энергии оказывались намного выше.

Солнечная батарея (фотоэлектрический генератор, преобразующий энергию солнечного излучения в электрическую энергию) впервые была использована в 1958 г. на «Спутнике-3». С тех пор на всех космических аппаратах, кроме транспортных космических кораблей с малым ресурсом самостоятельного полета, первичными источниками электроэнергии являются солнечные батареи. Применение солнечных батарей в космосе стимулировало развитие фотоэлектрической энергетики, а в последние десятилетия фотоэнергетика все более широко стала использоваться в наземных условиях [1].

Проблема подключения солнечных батарей к сети электроснабжения в России известна давно. Состоит она в следующем: при установке солнечных батарей необходимо где-то хранить избыток энергии, в большинстве случаев это аккумуляторы, но хранение электроэнергии в аккумуляторах чревато последствиями. Из-за частой полной зарядки и полной разрядки, аккумуляторы исчерпывают свой ресурс в 3 раза быстрее и нуждаются в замене, а цена на них непомерно высока и тогда о вопрос о экономии личных финансов снова встает ребром. [2] Для решения данной проблемы солнечные батареи подключают к счетчикам учета электроэнергии и избыток электроэнергии хранится в сети электроснабжения. Система электроснабжения предоставляет неограниченное хранилище, в которое можно отдать избыток электроэнергии, а через некоторое время забрать энергию обратно. Но тут встает вопрос учета отданной и потребляемой электроэнергии. Счетчики устроены таким образом, что они учитывают потребляемую электроэнергию и плюсуют к ней отданную энергию, отданную в сеть, то есть человек платит за генерируемую и потребляемую электроэнергию. Тогда отданная энергия не является полезной, а наоборот приносит убыток. То есть за генерируемую энергию человек должен заплатить дважды. Первый раз, когда отдает электроэнергию на хранение в сеть и второй раз, когда потребляет отданное количество энергии из сети.

В связи с поставленной и проанализируемой проблемой, мы нашли решение, с помощью которого можно предотвратить отдачу электроэнергии в сеть и направить ее на полезную нагрузку, например, на водонагреватель.

Мы добились этого с помощью разработанной и испытанной модернизации индукционного счетчика. Модернизация заключается в дополнении конструкции счетчика некоторыми элементами и изменением целостности диска счетчика. В качестве дополнительных элементов использовались два индукционных датчика и программируемого реле. Работа индукционных датчиков заключается в коммутации внутренних контактов, только в случае обнаружения датчиком металла. В программируемом реле хранится разработанная нами программа, которая отслеживает скорость вращения диска и его направление вращения. Так же программируемое реле является основным механизмом коммутации.

Последовательность подключения следующая: солнечная батарея подключается к инвертору, инвертор к счетчику активной энергии, счетчик к программируемому реле, а реле к нагрузке. Все подключение производится согласно фазировке.

В диске индукционного счетчика просверливаются отверстия диаметром 0,8 см, что соответствует диаметру рабочей зоны индукционного датчика, при высоте от металлической поверхности 0,2 см. Диаметр окружности по которой делаются отверстия равен 4 см. Датчики устанавливаются над отверстиями на расстоянии от диска равным 0,2 см. Один из датчиков устанавливается ровно над отверстием, а другой со смещением в любую из сторон попутного движения диска. Смещение составляет 0,4 см. В таком случае при подключении осциллографа к датчикам, мы получим следующую осциллограмму.

Рис. 1. Осциллограмма индукционных датчиков

Исходя из приведенной на рисунке 1 осциллограммы, мы получили рабочий регулируемый участок, который начинается с заднего фронта второго импульса (зеленый) и заканчивается передним фронтом первого импульса (желтый). При смене направления вращения диска, фронта импульсов меняются местами, программа записанная в программируемом реле фиксирует это изменение и дает разрешение на исполнение следующей части программы, которая считает скорость вращения диска. Скорость считается импульсным методом. То есть во время включения рабочего участка, программа накладывает на него неопределенное количество импульсов, после отключения рабочего участка программа подсчитывает количество наложенных импульсов и определяет скорость вращения диска. Рабочий участок будем тем больше, чем медленнее вращается диск и, тем меньше, чем быстрее вращается диск. Тогда при быстром вращении, количество наложенных импульсов будет равно 1-2, а при медленном 500-700. В зависимости от скорости вращения диска, программа дает разрешение на коммутацию определенной части нагрузки, которая распределяется на 8 контактах реле и делится на 2, 4, 6, 8, 9, 10, 12, 14 кВт. То есть при быстром вращении диска программа даст разрешение на включение 12 -- 14 кВт нагрузки, при средних скоростях 6 - 10 кВт и при низких от 2 - 4 кВт. Таким образом нагрузка всегда будет работать на полную мощность и не будет испытывать в недостатке электрической энергии. При этом через каждые 5 минут программа перепроверяет количество вырабатываемой энергии и подстраивает требуемую нагрузку.

Рис. 2. Программа для программируемого реле

Рис. 3. Модифицированный индукционный счетчик для солнечной энергии

Разработанная модернизация индукционного счетчика позволяет значительно снизить затраты на производство и эксплуатации счетчиков способных распределять солнечную энергию по нагрузкам. Это позволит использовать генерируемую электроэнергию не отдавать в сеть, а использовать на полезной нагрузке.

Библиографический список

1. Перспективы использования солнечной энергии / А.Ф. Дорохов, Л.А. Осипова, А.П. Исаев, Г.Р. Махмудова Астраханский государственный технический университет;

2. Зависимость электрохимических характеристик литий - ионного аккумулятора в исходном состоянии и после деградации от структурных параметров положительного электрода / В.В. Галкин, Е.В. Ланина, Н.В. Шельдешов1 ОАО «Сатурн», Краснодар, Россия 1Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия - 2013;

Размещено на Allbest.ru