Расчет ветро-солнечной установки малой мощности



В данной статье приведен расчет альтернативной комбинированной (гибридной) системы электроснабжения, приведены формулы, позволяющие определять параметры электрооборудования, входящего в данную систему.

Ключевые слова: мощность, солнечные батареи, ветроустановка, расчёт, эффективность

Применение ветро-солнечных установок ввиду их большей эффективности, позволяет рассчитывать на увеличение шансов возобновляемой энергии России. Наибольшей эффективностью такие системы обладают в территориально и энергетически отдалённых регионах нашей страны. [1] Применение альтернативных источников позволяет получать стабильную и бесперебойную электроэнергию независимо от подвоза топлива.

Выбор систем автономного электроснабжения для конкретного потребителя является сложной задачей определения параметров ветроустановки, солнечных панелей, инвертора, контроллера, аккумуляторных батарей. [2]

Для расчета параметров системы при непосредственном питании от источников альтернативной энергии, необходимо определить пиковую мощность подлеченных одновременно электроприборов.

Расчет пиковой мощности и потребляемой энергии.

Потребление электроэнергии Вт-час:

где Р_устi — установленная мощность i-ого электроприбора, Вт.;

N_i — количество электроприборов, шт.;

P_уi, P_дi, P_вi, P_нi — мгновенная потребляемая мощность, i-ого электроприбора, утром, днем, вечером и утром, Вт.;

T_уi, T_дi, T_вi, T_нi — время использования i-ого электроприбора, утром, днем, вечером и утром, час.

Суммарное суточное энергопотребление объекта:

Суммарная установленная мощность:

Расчет мощности ветроустановки.

Мгновенная мощность горизонтально-осевой ВЭУ:

Мгновенная мощность вертикально-осевой ВЭУ:

где v — скорость ветра, м/с;

h — высота установки, м;

H — высота ветроколеса, м;

D — диаметр ветроколеса, м;

k_шерх — коэффициент шероховатости поверхности, м;

p — плотность воздуха, кг/м³;

k_вэу — КИЭФ, %;

k_устр — КПД сопутствующих устройств, %;

N_вэу — количество установок, шт.

Мощность ВЭУ за сутки, Вт/сутки:

Расчет мощности инвертора.

где P_инврек — рекомендуемая мощность инвертора, суммарная установленная мощность, округлённая в большую сторону, Вт;

P_{нагробщ} — общее потребление нагрузки, Вт-ч;

U_инввх — входное напряжение инвертора, В.

Общее количество энергии, используемое нагрузкой, А-ч/сут:

Суммарная энергия, потребляемая нагрузкой, кВт-ч/сут:

Расчет аккумуляторной батареи.

Запас энергии в АКБ, А-ч:

где T — дни без солнца (автономность), день.

Запас по автономности, А-ч:

где c_акб — глубина разряда для АКБ, кислотные c_акб =0,3, прочие виды АКБ c_акб =0,7.

Число цепочек АКБ, соединенных параллельно, округляется в большую сторону, шт.:

где C_акбном — номинальная емкость АКБ, А-ч.

Число АКБ, соединенных последовательно, округляется в большую сторону, шт.:

где U_акбном — номинальное напряжение АКБ, В.

Общее количество АКБ, шт.:

Общий АКБ блок емкостью, А-ч:

Общий АКБ блок напряжением, В:

Реальная энергоёмкость АКБ, Вт-ч/сут:

Оптимальный ток заряда, А. и коэффициент потерь, о.е.:

Кислотные:

Стартерные:

Щелочные:

Литий-ион-железно-фосфатные:

Прочие типы:

Мощность заряда, Вт.:

Потери на заряд-разряд АКБ, кВт-ч/сут:

Расчет количества солнечных панелей.

Среднемесячное количество пиковых солнце-часов, ч.

где R_сум — месячная суммарная солнечная радиация, кВт.ч/м².

Требуемая мощность солнечной батареи, кВт.:

Определение количества модулей, округляем в большую сторону, шт.:

где P_сбтмм — пиковая мощность фотоэлектрического модуля в точке максимальной мощности, Вт.

Число модулей, соединенных последовательно, для обеспечения требуемого выходного напряжения постоянного тока, шт.

где U_сб — номинальное напряжение фотоэлектрического модуля, В

Количество цепочек солнечных батарей, округляем в большую сторону, шт.:

Общее количество модулей, округляем в большую сторону, шт.:

Расчет контроллера.

Требование по напряжению для контроллера, В.:

где U_ххсб — максимальное напряжение холостого хода у солнечных панелей, В.

Общая мощность всех солнечных панелей, Вт.:

Ток, который должен обеспечить солнечный контроллер, А.:

Энергобаланс.

Выработка ВЭУ в сутки с потерей 20 %, Вт/сут.:

Потребление в сутки с запасом 20 %, Вт/сут:

Выработка СЭУ в сутки, с потерей 20 %, Вт/сут:

Баланс мощности, Вт/сут:

Если баланс мощности получается отрицательным, то снижаем энергопотребление или увеличиваем генерацию.

Для создания новых эффективных комплексных энергосистем и определения оптимальных режимов их эксплуатации необходимым является последующее развитие научных основ возобновляемой энергетики с применением современной материально-технической базы, методического и информационно-аналитического обеспечения, которое ускорит выполнение научно-исследовательских, проектно-конструкторских и экспериментальных работ с внедрением комплексных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии. [3]

Литература:

1. Дайчман, Р. А. Возможности современной ветроэнергетики / Р. А. Дайчман // Актуальные вопросы современной науки. — 2015. –№ 4(8). — С. 11–14.
2. Дайчман, Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Апробация. — 2015. –№ 11(38). — С. 13–15.
3. Дайчман, Р. А. Современная ветроэнергетика в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Научная перспектива. — 2015. — № 11(69). — С. 98–99.