Рассматривается задача ознакомления с такими альтернативными источниками энергии, как солнечные электростанции, а также возможностью их применения в частных домах с перспективой создания энергоэффективных помещений. Цель работы: показать, что применение солнечных панелей и модулей в условиях России — это вполне реальная возможность улучшения качества электроснабжения и жизни людей, а также экономии материальных средств. Расчет и проектирование солнечной станции для частного дома.
Ключевые слова: электроэнергетика, альтернативные источники энергии, солнечная энергия, солнечные батареи, жилые дома.
Учитывая тот факт, что стоимость электроэнергии, отпускаемой потребителям муниципальными энергогенерирующими предприятиями, имеет свойство повышаться от года к году, в ряде случаев возникает потребность в сокращении затрат на электроэнергию. А также объекты, подключение которых к общим сетям по каким-то причинам, либо невозможно, либо затруднено, а потребность в электрификации велика, то для таких случаев, пожалуй, адекватным решением является применение альтернативных источников энергии.
Наибольшее распространение среди всех альтернативных источников энергии приобрели различные солнечные панели, за счет которых можно получать электрическую энергию.
Теоретическая часть
Солнечная батарея — это комплекс фотоэлектрических преобразователей, объединенных в систему. Преобразователи превращают энергию Солнца в электричество. Самые новейшие солнечные батареи способны работать с отдачей в 40 %. [1.]
Виды солнечных батарей
Сейчас их классифицируют на 3 категории: тонкоплёночные, монокристаллические, поликристаллические. Тонкопленочные батареи. Этот комплекс батарей сделан из тонких натянутых плёнок. (Рис.1.)
Рис. 1. Тонкоплёночные батареи.
Они без труда монтируются в практически всех доступных местах. Защищены от воздействия песка и пыли и способны функционировать в различных неблагоприятных условиях. При наличии облаков их КПД снижается примерно на двадцать процентов. Стоимость их небольшая, но они требуют наличия значительного пространства для своего размещения.
Монокристаллические батареи
Эти батареи создают множества ячеек, которые потом наполняют силиконом. Из-за хорошей гидроизоляции данные батареи применяются даже на судах. Их можно размещать и на кровлях зданий. Если нет возможности установить их на солнечную сторону кровли, где конечно же отдача от них будет более высокой, то можно устанавливать и на теневой стороне. Нужно учитывать и тот момент, что рассеянный солнечный свет будет менее эффективен. Монокристаллические батареи отличаются малым весом, компактны. Они достаточно гибкие, надёжны при эксплуатации и служат длительное время. [1] Монтаж таких батарей осуществляется на крышах домов и не вызывает затруднений. (Рис.2.)
Рис. 2. Монтаж монокристаллических батарей.
Поликристаллические солнечные батареи. В ячейках этих солнечных батарей расположены кристаллы, направленные в самые разные стороны. Благодаря этому панели могут улавливать рассеянный свет, и намного меньше зависят от прямого солнечного освещения. (Рис.3.) [5]
Рис. 3. Поликристаллические солнечные батареи.
Практическая часть
Для определения мощности солнечной электростанции необходимо составить примерный перечень приёмников электроэнергии. (табл.1.)
Таблица 1
Суточное потребление электроприёмников
|
Электроприбор |
Мощность, Вт |
Количество, шт. |
Время работы, ч |
Суточное потребление кВтч/сут |
|
Светодиодные лампы |
7 |
35 |
5 |
1,2 |
|
Холодильник (А, А+) |
100 |
1 |
24 |
1,2 |
|
Телевизор |
50 |
2 |
5 |
0,5 |
|
Комплект спутникового TV |
25 |
1 |
5 |
0,125 |
|
Скважинный насос |
245 |
1 |
4 |
0,98 |
|
Микроволновка |
800 |
1 |
0,3 |
0,24 |
|
Электроплита |
1200 |
1 |
3 |
3,6 |
|
Чайник |
1500 |
1 |
0,2 |
0,3 |
|
Стиральная машинка |
1000 |
1 |
1 |
1 |
|
Итого: |
9,145 |
|||
Для расчета нагрузки, оказываемой прибором на сеть, мы должны учесть не только мощность, указанную в паспорте изделия, но и принять во внимание величину коэффициента мощности, который позволяет рассчитать полную мощность прибора. [2]
Полная мощность Sизд рассчитывается по формуле:
Sизд = Pном/cosφ, BA (1)
где Sизд — полная мощность изделия;
Pном — номинальная потребляемая мощность изделия (по паспорту);
сosφ — коэффициент мощности, значения которого принимается в пределах от 0 до 1, т. е. 0< cosφ≤1. Как правило cosφ принимают равным 0,7. [3]
Перед тем как приступить к выбору параметров оборудования для солнечной электростанции необходимо определить состав оборудования. Типичная солнечная электростанция, обеспечивающая электроснабжение частного дома, состоит из следующих элементов:
– фотоэлектрические модули;
– контроллер заряда;
– инвертор;
– аккумуляторные батареи;
– управляющая автоматика.
Зная примерное суточное потребление электроприёмников из таблицы 1, в летний период — 10квт*ч., в зимний период, так как дом будет отапливаться — 15квт*ч., выберем кремневые поликристаллические солнечные панели мощностью 300 Вт, так как данные панели имеют высокий уровень КПД и просты в монтаже. [2]
Рассчитаем количество энергии, вырабатываемой солнечной батареей мощностью 300 Вт по формуле:
W=k*P*E/1000, Вт*ч (2)
Где W — количество вырабатываемой энергии, Вт*ч;
k — коэффициент потерь мощности панели (k=1.2);
P — мощность модуля, Вт;
E — среднемесячный уровень инсоляции, Вт*ч/кв.м.
Деление на 1000 обусловлено лабораторным значением мощности освещения, при котором тестируются панели. (1000Вт/кв.м) [3]
Далее необходимо подобрать соответствующую требованиям системы и владельца аккумуляторную батарею. Подберём такой тип батарей, которые будут накапливать энергию для пользования ею ночью или в пасмурную погоду. Следует учесть, то в зимнее время солнечные панели не смогут вырабатывать достаточное количество энергии, поэтому подберём такой тип аккумулятора, ёмкости которого хватит для обеспечения зимнего суточного энергопотребления в течение длительного времени. [4]
Зная, что наибольшее энергопотребление соответствует 15кВт*ч, (15000Вт*ч) рассчитаем необходимую ёмкость аккумулятора по формуле:
E=Q/V*k, А*ч, (3)
Где E — необходимая ёмкость аккумуляторной батареи, А*ч;
Q — количество энергии, забираемое из аккумулятора Вт*ч (в нашем случае — 15000 Вт*ч);
V — номинальное напряжение аккумулятора, В (как правило, оно равно 12В);
k — коэффициент потерь мощности (равен 0,7 или 30 % от полной ёмкости аккумулятора). Поскольку аккумулятор может прийти в негодность при частой полной разрядке, то следует всегда оставлять хотя бы 30 % ёмкости для предотвращения выхода его из строя. [3]
Наличие возможности дополнительно питать объект от сети общего электроснабжения обеспечивает заряд АКБ в течение ночи, давая, таким образом, возможность работать электростанции бесперебойно даже в случаях отсутствия или недостаточности солнечного излучения.
Солнечные батареи уже давно и с успехом применяют как корпорации и компании, так и владельцы своих домов. Цены на такую продукцию в России пока еще ниже чем у западных образцов. Стоимость продукции с внедрением новых технологий постепенно снижается, а как известно тарифы на электроэнергию растут из года в год, и солнечные батареи становятся перспективным устройством в энергетике России. Производители солнечных батарей для дома предлагают их покупателям со сроком эксплуатации не менее 25 лет.
Литература:
- Матвеев С. Современные солнечные панели [Электронный ресурс] // Новые технологии в солнечных панелях: [сайт] URL: https://qwizz.ru
- Сапожников Д. А. Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее [Электронный ресурс] // Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее: [сайт] URL: https://oporasolar.ru/
- В. И. Виссарионов, Г. В. Дерюгина, В. А. Кузнецова, Н. К. Малинин Солнечная энергетика. Методы расчетов // «Солнечная энергетика». 2008 168–205с./
- Мырзакулов Б. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии // Наука, новые технологии и инновации. 2013. 18–24с./
- Комолова Н. Роль возобновляемых источников энергии в российской и европейской системах энергоснабжения // Энергосбережение. 2007. № 7
