Курсовой проэкт по Солнечной энергетике методичка НГУ

Определение необходимого количества солнечных батарей.

3.1. Определить количество i пиковых солнце-часов в день для заданной местности. Для этого среднемесячное поступление солнечного излучения в кВт∙ч/месяц на площадку, имеющую тот же угол наклона, что и солнечные батареи, необходимо разделить на количество дней месяца. Под пиковыми часами понимаются часы с интенсивностью 1000 Вт/м2. Таким образом, при эксплуатации системы в летний период можно считать по месяцу с наименьшим значением. Если электроснабжение полностью должно обеспечиваться за счет солнечных батарей, то подсчет должен проводиться по наиболее холодному месяцу. Недостатком в этом случае будет большое число требуемых солнечных батарей, а, значит, и несравнимо большие затраты вследствие очень малого значения пиковых солнце-часов. Для мощных систем установка солнечных батарей становится экономически нецелесообразной. Поэтому при наличии резервного источника питания рекомендуется проводить расчет по среднегодовому значению пиковых солнце-часов. Это позволит сократить затраты на фотоэлектрическую систему. В теплое время года вырабатываемая энергия может передаваться в общую сеть, а в холодное, соответственно, забираться из сети или от резервного источника питания.

Если солнечные батареи устанавливаются под некоторым углом β к горизонту, то среднемесячное дневное суммарное количество солнечной энергии, поступающее

на наклонную поверхность, может быть найдено= ∙ , по формуле:

н

где Е – среднемесячное дневное суммарное количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность;

R – отношение среднемесячных дневных количеств солнечной радиации, поступающей на наклонную и горизонтальную поверхности.

Коэффициент пересчета с горизонтальной плоскости на наклонную с южной ориентацией равен сумме трех составляющих, соответствующих прямому,

					1 +		1 −
рассеянному и отраженному солнечному излучению:						+ ∙	2	,
= 1 −		∙ +		∙	2

где ЕР – среднемесячное дневное количество рассеянного солнечного излучения,поступающего на горизонтальную поверхность;

– среднемесячная дневная доля рассеянного солнечного излучения;

Rп – среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность; β – угол наклона поверхности солнечной батареи к горизонту;

ρ – коэффициент отражения (альбедо) поверхности Земли и окружающих тел, обычно принимаемый равным 0,7 для зимы и 0,2 для лета.

11

Среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с

горизонтальной поверхности на наклонную:		∙ зн ∙ ( − ) ∙
п =	cos( − ) ∙ ∙ зн + 180		,
	cos φ∙ ∙ з + 180	∙ з ∙ ∙

где φ – широта местности, град; β – угол наклона солнечной батареи к горизонту, град;

δ – склонение Солнца (угол между линией, соединяющей центры Земли и

	284 +
Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора) в средний день месяца, град:
= 23,45 ∙ 360 ∙	365	,

n – порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января (номер среднего расчетного дня для каждого месяца года).

Значение δ можно взять из таблицы 3.6.

Таблица 3.6

Угол склонения Солнца

	Месяц	I	II	III				IV	V	VI		VII	VIII		IX			X	XI	XII
	n	17	47	75				105	135	162		198	228	258				288	318	344
	δ, град	-20,9	-13	-2,4				9,4	18,8	23,1		21,2	13,5		2,2			-9,6	-18,9	-23
ωзн – часовой угол захода									= arccos (− ∙ )
ωз – часовой угол захода (восхода) Солнца для горизонтальной поверхности:
								з					.
	3.2. Выбрать тип								= arccos [−( − ) ∙ )]
						Солнца для наклонной поверхности с южной ориентацией:
								зн								.
					солнечной батареи, который планируется использовать. Для
него выписать номинальную мощность										CБ	и напряжение				CБ			, а также ток в точке
максимальной мощности Impp.										Pном					Uном

3.3. Умножить значение qсут на коэффициент ζ=1,2 для учета потерь на заряд-

разряд аккумуляторной батареи: = ∙ .

з−р сут

3.4. Разделить значение qсут на число пиковых солнце-часов для заданной

местности i. В результате будет получено значение тока, который должны
генерировать солнечные батареи:	СБ = з−р.

12

3.5. Для определения числа модулей, соединенных параллельно, разделить значение тока, вырабатываемого батареями, на максимальный ток Impp одного модуля

и округлить полученное до ближайшего большего целого:

СБ = СБ .

пар

3.6. Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделить напряжение постоянного тока системы Uинв на номинальное напряжение солнечной

батареи (обычно 12 или 24 В): СБ = инв.

пар номСБ

3.7. Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей:
			СБ		СБ		СБ
3.8. Площадь солнечных батарей=: пар							∙ посл.
где S		– площадь одной		СБ	=	СБ	∙	,
	СБ						1СБ
			солнечной батареи.

4. Расчет капитальных вложений.

По исходным данным, исходя из рассчитанной мощности системы и необходимого количества оборудования, а также оценки строительно-монтажных издержек, составляем таблицу 4.5, в которую вносим необходимые капитальные затраты.

Таблица 4.5

Капитальные вложения в первый год работы проекта

	Наименование	Количество	Стоимость	Общая
			единицы	стоимость
	...	...	...	...
	...	...	...	...
			Итого:	...

Капитальные вложения осуществляются один раз во время внедрения проекта, а также каждый год для поддержания его работоспособности (капитальный ремонт, текущий ремонт).

13

Капитальные вложения в 1 год работы проекта определяем по формуле:

1 = ∙ ,

=1

где Ci – стоимость единицы i-оборудования; Ni – количество i-оборудования.

Расчет ведем для каждой i строки таблицы 4.5.

Капитальные вложения в последующие годы работы проекта для осуществления

	= 1	∙ ,
плановых ремонтов определяем по формулам:		∙ ,
	= 1

где kn = 0,01 для текущего ремонта; kc = 0,05 для капитального ремонта.

Капитальный ремонт проводим каждый 10 год работы проекта. Текущий ремонт

– каждый год.

5. Расчет производственных затрат.

Для расчета производственных затрат оцениваем количество обслуживающего персонала и его заработную плату. Кроме того, исходя из данных предыдущего расчета, определяем стоимость энергии, взятой из энергосети в холодное время года. Данные представляем в табличной форме (таблица. 4.6).

				Таблица 4.6
	Производственные затраты за 1 год работы системы
	Продажа	Количество	Стоимость 1	Стоимость
		электроэнергии,
	электроэнергии в		кВт∙ч, грн	электроэнергии, грн
		кВт∙ч
	сеть
			Средняя
		Количество	заработная	Фонд оплаты труда,
	Зарплата персонала	человек	плата 1	грн
			человека, грн
			Итого:

14

6. Расчет производственных доходов и замещения сетевой электроэнергии.

Для расчета доходов и замещения топлива, определяем стоимость произведенной электроэнергии, включая ту энергию, которая была отдана в сеть. Данные сводим в таблицу 4.7.

				Таблица 4.7
	Производственные доходы за 1 год работы системы
	Продажа	Количество	Стоимость 1	Стоимость
		электроэнергии,
	электроэнергии в		кВтч, грн	электроэнергии, грн
		кВтч
	сеть
		Количество	Стоимость 1	Стоимость
	Замещение сетевой	электроэнергии,
			кВтч, грн	электроэнергии, грн
	электроэнергии	кВтч
			Итого:

7. Расчет срока окупаемости системы без дисконтирования финансовых

		потоков.
Определяем срок окупаемости системы без учета капитальных ремонтов каждые
10 лет работы:			1
	1	=	− −	,

где K1 – капитальные затраты в первый год работы системы; Ki – капитальные затраты в последующие годы работы системы; Ci – издержки производства за 1 год работы;

Pi – доходы от производства за 1 год работы.

	1 − −
Уточняем значение времени окупаемости с учетом капитальных ремонтов:
2 =	− −	,

где Nfc = T1/10. Отбрасываем дробную часть, чтобы определить количество капитальных ремонтов, проведенных за срок эксплуатации системы.

При необходимости уточняем время окупаемости еще раз по формуле:

1 = − 1 − .

15

8. Выбор инвертора для проектируемой системы электроснабжения

При выборе инвертора для нашей системы следует руководствоваться следующими принципами: простота и надежность конструкции, простота в эксплуатации, невысокая стоимость наряду с такими характеристиками, как высокая точность поддержания частоты и значения выходного напряжения, высокая перегрузочная способность, синусоидальная форма выходного напряжения.

9. Расчет заземляющего устройства

Сопротивление растеканию заземляющего устройства для однофазной сети 220В, должно быть не более 4Ом (ПУЭ-2009 1.7.92).

Для определения схемы заземляющего	устройства	произведен	расчет
согласно «Справочнику проектировщикаэлектрических сетей и		подстанций»	П.М.

Диченко, «Электротехническому справочнику» М. Круглянского.

Сопротивление заземляющего устройства∙ определяется по формуле:

з = сс+ пп,

причем:

Rп – сопротивление протяжных заземлителей

п

ήп

пр

п

∙

где

Rпр – сопротивление полосового или круглого заземлителя, Ом;

ρ – удельное сопротивление грунта, (таблица 10.1); Кп – коэффициент сезонности, Кп = 1,5 для Крыма, (таблица10.2); l – длина заземлителя, см;

t – глубина заложения заземлителя (обычно 50-75 см) , см; ήп – коэффициент использования, (таблица 10. 3).

Rс – сопротивление стержневых заземлителей

с

с∙

0

с где

R0 – сопротивление стержневого заземлителя, Ом;

ρ – удельное сопротивление грунта, (таблица 10.1); Кс – коэффициент сезонности, Кс = 1,2 для Крыма, (таблица10.2); l – длина заземлителя, см;

n – количество стержней;

ηс – коэффициент использования, (таблица 10. 4).

16

10. Приложение

Таблица 10.1 Рекомендуемые для приближенных расчетов средние значения удельного

сопротивления грунта при влажности 10-20% к весу грунта

	Слой земли (грунт)	Удельное сопротивление земли
		(Ом∙см)
	Песок	(4-7)∙104
	Суглинок	(0,5-1)∙104
	Глина	(0,4-0,7)∙104
	Чернозем	1∙104

Таблица 10.2

Рекомендуемые сезонные коэффициенты Кс и Кп

		Значения по климатическим зонам
	Тип заземлителя		(зоны выбираются по СНиП
		«Климатология и геофизика»)
		I		II	III		IV
	Стержневые электроды длиной 1,8–5,0	2,0		1,7	1,4		1,2
	м при глубине залегания 0,5–0,8 м;
	Кс , см
	Для протяженных электродов на	7,0		4,0	2,0		1,5
	глубине 0,5-0,8 м рекомендуемый Кп

17

Таблица 10.3 Коэффициент использования полосы (ήп) для вертикальных заземлителей

Для заземлителей, расположенных в ряд			Для заземлителей, расположенных
				по контуру
Отношение			Отношение
расстояния к	Число электродов	ήп	расстояния к		Число	ήп
длине			длине		электродов
	(стержневых) n
заземлителя			заземлителя		(стержневых) n
a / l			a / l
	4	0,890			4	0,550
	5	0,860			5	0,480
2	8	0,790	2		8	0,430
	10	0,750			10	0,400
	20	0,569			20	0,320
	30	0,460			30	0,300

Таблица 10.4 Коэффициент использования ήс для вертикальных заземлителей

Для заземлителей, расположенных в ряд			Для заземлителей, расположенных
				по контуру
Отношение			Отношение
расстояния к	Число электродов	ήп	расстояния к		Число	ήп
длине			длине		электродов
	(стержневых) n
заземлителя			заземлителя		(стержневых) n
a / l			a / l
	2	0,910			4	0,780
	3	0,860			6	0,730
2	5	0,810	2		10	0,680
	10	0,740			20	0,630
	15	0,690			40	0,580
	20	0,670			60	0,520

18

11.Литература

1.Бекиров Э.А. Автономные источники питания. – Лекции (книга). – Симферополь, 2010г.

2.Источники электропитания РЭА. Справочник под ред. Г. С. Найвельта, М., «Радио и связь», 1986, 576 с.

3.Ирвинг М. Готтлиб «Источники питания. Инверторы, конверторы. Линейныеи импульсные стабилизаторы». Пер. с англ., «Постмаркет», М., 2000.

4.И.И.Белопольский, Е.И.Каратникова, Л.Г.Тикалова. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М., Энергетика, 1973г.

5.Горюнов. Справочник по диодам стабилитронам,полупроводниковым приборам.

6.Бессонов Л.А.Теоретические основы электротехники. – Л.: Высшая школа, 1973.– 752 с.

7.Опорный лист силовых электронных модулей производителя Mitsubishi Electronics [http://www.mitsubishichips.com/Global/common/cfm/eLineUp.cfm?FOLDER=/product/powermod].

19