Практическое задание № 1

Возобновляемые источники энергии. Энергия ветра и солнца

Номер варианта работы определяется с помощью таблицы 1.

Таблица 1

Формирование варианта заданий

Первая буква фамилии студента	Номер варианта
A, И, Т, Ю	1
Б, К, У, Я	2
В, Л, Ф	3
Г, М, Х	4
Д, Н, Ц	5
Е, О, Ч	6
Ё, П, Ш	7
Ж, Р, Щ	8
З, С, Э, Й	9

Таблица 2

Исходные данные солнечной батареи

№ варианта	Мощность солнечных батарей, Ватт	Напряжение аккумуляторной батареи, Вольт	Емкость аккумуляторной батареи, А·Ч	КПД солнечной панели, %	Мощность инвертора, Вт	КПД инвертора, %	Мощность нагрузки, Вт
1	100	12	500	46	3 000	97	500
2	200	24	600	43	2 500	98	1 000
3	700	12	700	36	2 700	89	2 500
4	500	24	900	39	4 000	80	2 000
5	1 000	36	700	41	3 400	70	1 500
6	2 300	36	500	42	2 200	89	3 000
7	1 500	12	900	40	2 000	88	1 200
8	3 000	24	800	29	2 300	87	1 350
9	1 900	36	400	41	2 400	86	1 750

Задание

1. Определить, сможет ли солнечная батарея круглосуточно снабжать электричеством заданную нагрузку P_нагр.

2. Определить, на сколько часов непрерывной работы хватит аккумуляторной батареи при полной загрузке инвертора при отсутствии солнца.

3. Рассчитать, на сколько часов непрерывной работы хватит солнечной батареи, если к инвертору будет подключена нагрузка, потребляющая мощность P_нагр при отсутствии солнца.

4. Рассчитать максимально-возможную потребляемую мощность, при которой батарея будет работать непрерывно при отсутствии (от захода и до восхода) солнца.

Рекомендации по выполнению задания 1

1. Необходимо ознакомиться с темой «Возобновляемые источники энергии. Энергия ветра и солнца».

2. Заполнить таблицу (Бланк выполнения задания № 1).

Образец выполнения практического задания № 1

Исходные данные

Солнечные панели мощностью P_{солн. панель} = 2000 Вт.

Аккумуляторная батарея напряжением U_бат = 12 В.

Емкость аккумуляторной батареи С_бат = 600 АЧ.

КПД солнечной панели  = 40 %.

Мощность инвертора P_инв = 3000 Вт.

КПД инвертора  = 47 %.

Мощность нагрузки P_нагр = 1500 Вт.

Солнечный день длится t = 7 часов.

Решение

Рассчитаем вырабатываемую идеальной солнечной панелью энергию:

P_{солн.панель} = P_{солн.панель} t = 2000  7 = 14 000 (ВтЧ)

Рассчитаем вырабатываемую реальной солнечной панелью энергию, с учетом ее КПД:

P_{солн.панель.реал} = P_{солн.панель}   = 14 000  0,40 = 5 600 (ВтЧ)

Эта энергия запасается в аккумуляторе и расходуется подключенной через инвертор нагрузкой.

С учетом КПД инвертора, в нагрузку может быть передана мощность:

P_{нагрузка.реал} = P_{солн.панель.реал} = 5 600  0,47 = 2 632 (ВтЧ)

При равномерной нагрузке максимальная возможная потребляемая мощность нагрузки должна быть не более

P_max = P_{нагрузка.реал} / 24 = 2 632 / 24 = 109, 66 (Вт)

Максимальная подключенная нагрузка для непрерывной круглосуточной работы системы должна быть не более 109, 66 Вт.

Можно сделать вывод, что нагрузка, потребляющая 500 Вт, не может работать круглосуточно при данных параметрах солнечной батареи и инвертора.

Проверим, хватит ли емкости аккумулятора для питания заданной нагрузки в ночное время при отсутствии солнечной энергии.

Рассчитываем отдаваемую мощность аккумулятора идеальной солнечной батареи:

P_{аккум.идеал} = С_бат  U_бат = 600  12 = 7200 (ВтЧ)

С учетом КПД инвертора, реальная вырабатываемая аккумулятором мощность составит:

P_{аккум.реал} = P_{аккум.идеал}  = 7200  0,47 = 3 384 (ВтЧ)

Если инвертор будет полностью нагружен, то энергии солнечной батареи хватит на:

t_инв = P_{аккум.реал} / P_инв = 3 384 / 3 000 = 1,128 (часа)

Если к инвертору будет подключена нагрузка мощностью P_нагр , то энергии аккумулятора хватит на:

t_инв = P_{аккум.реал} / P_нагр = 3 384 / 1500 = 2,256 (часа)

Солнечный день длится 7 часов, нагрузка будет питаться от аккумулятора в темное время суток. Это время составляет 17 часов. Можно сделать вывод: при нагрузке в 500 ватт емкости батареи на темное время суток не хватит (2,256 ч < 17 ч ).

Чтобы нагрузка могла потреблять энергию непрерывно в темное время суток, от батареи необходимо подключить к инвертору:

P_нагр = P_{аккум.реал} / (24 – t) = 3 384 / (24 – 7) = 199,05 (Вт)

Бланк выполнения задания № 1

№ п/п	Задание	Ответ
1	Сможет ли солнечная батарея круглосуточно снабжать электричеством заданную нагрузку?	Да/Нет
2	На сколько часов непрерывной работы хватит аккумуляторной батареи при полной загрузке инвертора при отсутствии солнца?	часов
3	На сколько часов непрерывной работы хватит солнечной батареи, если к инвертору будет подключена нагрузка, потребляющая мощность Pнагр при отсутствии солнца?	часов
4	Максимально возможная потребляемая мощность, при которой батарея будет работать непрерывно при отсутствии (от захода и до восхода) солнца.	Вт