- •Введение
- •1. Применение солнечной энергии
- •1.1. Солнце как источник энергии
- •1.2. Принцип действия солнечного элемента
- •1.4. Целесообразность применения солнечных элементов в России
- •1.5. Экономия энергии. Необходимая мощность солнечной электростанции
- •1.6. Основные элементы автономной солнечной электростанции
- •1.6.1. Солнечные модули
- •1.6.2. Контроллер заряда
- •1.6.3. Аккумуляторы
- •1.6.4. Инверторы
- •1.7. Цели и задачи проводимых исследований
- •2. Исследовательская часть
- •2.1 Принципиальная схема установки
- •2.2 Устройство установки
- •2.3. Исследование батареи солнечных элементов msm 12-700
- •2.3.1 Построение вольтамперной характеристики и кривой мощности при различной плотности излучения
- •2.3.2 Расчёт кпд солнечной батареи и коэффициента заполнения при различной плотности излучения
- •2.3.3. Построение вольтамперной характеристики и кривой мощности для различного спектрального состава излучения
- •2.3.4. Расчёт кпд солнечной батареи и коэффициента заполнения при различном спектральном составе падающего излучения
- •2.3.5. Исследование зависимости напряжения холостого хода и тока короткого замыкания солнечной батареи от угла её поворота по отношению к источнику света
- •3. Исследование зарядки аккумулятора от солнечной батареи и определение кпд регулятора заряда, аккумулятора и инвертора
- •3.3. Определение кпд регулятора заряда и аккумулятора
- •3.4. Определение суммарного кпд всей системы
- •4. Направление дальнейших исследований и усовершенствования установки
- •Заключение
- •Список использованной литературы:
3.3. Определение кпд регулятора заряда и аккумулятора
Суммарный КПД регулятора заряда и аккумулятора составляет 83.06 процентов (см. п. 3.2). Определить КПД каждого из этих устройств мы сможем при начальной стадии заряда, так как время зарядки аккумулятора в эксперименте 1 час, а для того чтобы зарядить его на 100 процентов потребуется около 2-х суток, при таком же значении мощности, выдаваемой солнечной батареей.
Значение тока до регулятора заряда и после него совпадают в течении всего эксперимента, а значения напряжения несколько отличаются:
Uн рег зар = 12.84 В,
Uн аккум = 12.54 В,
Uк рег зар = 13.4 В,
Uк аккум = 13.05 В.
Значения напряжения на аккумуляторе начальное и конечное снимаются при включенном токе зарядки. Вычислим разницу начальных и конечных напряжений на аккумуляторе и регуляторе заряда, затем найдём среднее значение просадки напряжения на контроллере заряда.
ΔUн = 12.84 – 12.54 = 0.3В,
ΔUк = 13.4 – 13.05 = 0.35В,
ΔUсреднее = (0.35 + 0.3) = 0.325В.
Среднее значение тока, поступающего на контроллер заряда, равно: Iсреднее = 159 мА.
Перемножив просадку напряжения на контроллере заряда на среднее значение тока, получим потерю мощности на контроллере заряда:
|
ΔW = ΔUсреднее *Iсреднее |
(3.2)
|
|
ΔW = 0.159*0.325 |
|
ΔW = 0.0517 Вт.
Посчитаем КПД регулятора заряда по формуле 3.3:
|
|
(3.3)
|
где ΔW, [Вт] определяем из формулы 3.2, W0, [Вт] - мощность, поступающая на регулятор заряда (см. табл. 3.1).
Смысл выражения 3.3 состоит в том, что КПД регулятора заряда определяется как отношение мощности на выходе с регулятора заряда к отношению мощности, поступающей на его вход.
|
|
|
ηрег = 0.975 = 97.5%
Реальный КПД регулятора заряда несколько ниже. Новейшие контроллеры заряда могут работать в режиме отслеживания точки максимальной мощности солнечной батареи - MPPT контролеры, что ещё могло бы увеличить общий КПД установки.
Определим КПД аккумулятора как частное КПД аккумулятора и контролера заряда и КПД контролера в отдельности:
ηаккум = 0.8306/0.975 = 0.8519 = 85.19%
Проверим суммарные расчёты КПД для всех устройств: произведение кпд всех устройств должно равняться суммарному КПД всей установки без солнечной батареи:
|
ηуст. = ηрег.зар.* ηаккум.* ηинвер. |
(3.4)
|
ηрег.зар. = 97.5%
ηаккум. = 85.19%
ηинвер. = 89.05%
|
ηуст. = 0.975*0.8519*0.8905 |
|
ηуст. = 0.7396 = 73.96%
Проверка показывает, что расчёт КПД всех элементов установки выполнен верно, так как произведение КПД отдельных устройств в установке равно суммарному КПД без солнечной батареи.
3.4. Определение суммарного кпд всей системы
Определим общий КПД всей установки, включая солнечную батарею, регулятор заряда, аккумулятор и инвертор по формуле 3.5:
|
ηобщ.уст. = ηуст.* ηсолн.бат. |
(3.5)
|
где ηуст определим по формуле 3.4, а ηсолн.бат. берём из п.2.3.2 для стандартного значения напряжения питания ламп в 220В.
ηсолн.бат. = 8.04% = 0.0804
ηуст. = 73.96% = 0.7396
|
ηобщ.уст. = 0.0804*0.7396 |
|
ηобщ.уст. = 0.0595 = 5.95%
Вывод: общий КПД всего цикла производства электроэнергии составляет около 6 процентов. С одной стороны этот показатель невысок, однако, принцип действия автономной солнечной электростанции сводится к тому, что она в течении всего светового дня накапливает энергию(около 10-12 часов) и отдаёт энергию в течении двух-трёх часов в тёмное время суток. Поэтому реальная эффективность данного цикла производства электроэнергии выше, чем 6 процентов.