""

Расчёт фотоэлектрической системы

Расчет фотоэлектрической системы

Приближенный расчет годовой выработки электроэнергии ветрогенератором.

Выработка электроэнергии ветроагрегатом в месте его установки зависит от энергетических характеристик ветра и конструкции ветроагрегата.

Мощность ветрового потока вычисляется по следующей формуле:

Р – мощность ветрового потока (Вт)

ρ – плотность воздуха(1,225 кг/м 3 )

А – поперечная площадь сечения ветрового потока (м 2 )

V – скорость ветра (м/с)

Средняя мощность ветрового потока:

Pc – средняя мощность ветра (Вт)

Vc – средняя скорость ветра (м/с)

Современные ВЭУ способны преобразовывать только около 25% полной мощности воздушного потока в полезную мощность, поэтому:

РВЭУ – мощность на выходе ветрогенератора (Вт)

Среднее количество энергии, которую ветроагрегат выработает за год:

– среднегодовая выработка энергии ветрогенератором (кВт*ч/год)

– среднегодовая скорость ветра (м/с)

Расчет фотоэлектрической системы

Для начала составим список нагрузок для нашей мощности S=7кВт. Нагрузки представлены в таблице 3.

Нагрузка переменного токаМощность, ВтЧасов/неделюВт*часов/неделю
Настенный светильник
Микроволновая печь3,5
Холодильник
Холодильник
Настенный светильник
Водонагреватель
Электрический чайник
Пылесос
Всего

Определяем сколько потребуется энергии постоянного тока:

Определяем число ампер часов в неделю:

Определяем число ампер часов в сутки:

Выбираем тип аккумуляторной батареи, которую будем использовать. В моем случае это кислотные герметизированные аккумуляторы, в которых электролит адсорбирован стекломатами. Выдерживают примерно 250 – 400 циклов разрядов на 80%. Технология изготовления пластин обычная, поэтому и количество циклов мало. Чувствительны к перезарядам. Марка «6-GFM-200». Технические характеристике представлены в таблице 4.

Технические характеристики аккумуляторной батареи

Номинальная емкость, А*ч
Габаритные размеры, ммШирина
Длина
высота
Масса, кг
Ресурс работы, кол-во циклов заряд-разряд
Номинальное напряжение, В

Умножим суточное потребление на кол-во дней. Максимальное число последовательных дней без солнца( в нашем случае 1 день).

Величина глубины допустимого разряда аккумулируемой батареи составляет 25%.

Определяем коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды в помещении, где установлены аккумуляторные батареи. Выбираем коэффициент из таблицы 5, приведенной ниже, который учитывает температуру окружающей среды в помещении, где установлены АБ. Обычно это средняя температура в зимнее время. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры.

Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи

Температура в градусахкоэффициент
ФаренгейтаЦельсия
80F26.7C1.00
70F21.2C1.04
60F15.6C1.11
50F10.0C1.19
40F4.4C1.30
30F-1.1C1.40
20F-6.7C1.59

Так как средняя температура в помещении 22 0 С, следовательно, выбираем коэффициент 1.04.

Определяем общую требуемую емкость АБ:

Разделим полученное значение на номинальную емкость выбранной батареи и округлим значение до ближайшего большего, получим значение параллельно соединенных батарей:

Разделим номинальное напряжение постоянного тока системы 48В на номинальное напряжение выбранной аккумуляторной батареи, получим значение последовательно соединенных батарей:

Умножим значение параллельно соединенных батарей на значение последовательно соединенных батарей, для того чтобы получить окончательное количество аккумуляторных батарей:

Определяем количество пиковых солнце-часов в день для Белгорода. Из таблицы месячных и годовых сумм суммарной солнечной радиации, получаем 176 кВт*ч/м 2 .

Выбранное среднемесячное значение разделим на число дней в месяце. Мы получим среднемесячное количество число пиковых солнце-часов, которое будет использоваться для расчета СБ:

Выбираем ФЭ модуль TSM-120(12)P, кремниевый поликристаллический модуль под стеклом в алюминиевой рамке. На обратной стороне находится клеммная коробка. В этом модуле применено специальное текстурированное стекло, в котором потери световой энергии минимизированы. Это позволило получить примерно на 15% больше мощности с единицы площади модуля. Технические характеристики представлены в таблице 6.

Технические характеристики ФЭ модуля

Мощность, Вт120 +/-5%
Габаритные размеры, мм1300х660х43
Масса, кг10,5
Напряжение холостого хода В21 +/-5%
Напряжение при работе на нагрузку, В17 +/-5%
Ток при работе на нагрузку, А7,5 +/-5%
Температура эксплуатации и хранения, °С-40..+50
Номинальное напряжение, В

Далее необходимо определить общее количество модулей.

Для учета потерь на заряд/разряд АБ, необходимо умножить суточное значение потребляемых ампер часов на коэффициент 1,2:

Определим ток, который должна генерировать солнечная батарея. Для этого разделим полученное значение на среднее число пиковых солнце- часов в нашей местности:

Для определения числа модулей, соединенных параллельно, разделим значение тока 81,4 А на ток одного модуля и округлим до ближайшего большего:

Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделим напряжение постоянного тока системы(48В), на номинальное напряжение модуля и округлим до ближайшего большего:

Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей равно произведению параллельно и последовательно соединенных модулей:

Министерство образования и науки РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Белгородский государственный технологический университет

Дисциплина: «НиВ источники ЭЭ»

тема: «Приближенный расчет годовой выработки электроэнергии ветрогенератором и расчет фотоэлектрической системы»

Расчёт фотоэлектрической системы-общие сведения

Фотоэлектрические системы бывают двух основных типов . Это абсолютно автономные системы и системы соединенные с сетью. Второй тип систем подразделяется в свою очередь еще на два вида: это системы, соединенные с сетью посредством сетевого инвертора и не имеющие в своем составе аккумуляторных батарей(и соответственно резерва на случай отключения сети), а также системы с гибридными(батарейно-сетевыми) инверторами, которые генерируют энергию от СБ даже при наличии внешней сети(эти системы считаются резервными, но с функцией поддержки внешней сети при её наличии за счет СБ). Эти системы получают недостаток энергии из сети, а если образовываются излишки электроэнергии, то отдают их сеть. Иными словами они используют сеть как огромный аккумулятор бесконечной емкости. Мы в этом разделе будем рассматривать пример расчета полностью автономной системы. Системы подобного типа актуальны для передвижных или удаленных объектов, лишенных возможности подвода линии электропередач. Причина может заключаться в нецелесообразности или вообще невозможности подвода линии. Основные компоненты такой системы это: собственно солнечные батареи, контроллер заряда, аккумулятор и соединительные кабели. Если нагрузка питается от переменного напряжения, то необходим еще инвертор.

Принцип работы такой системы традиционен и заключается в следующем: солнечная батарея в светлое время суток ведет заряд аккумуляторных батарей. Контроллер заряда при этом обеспечивает правильный режим заряда АКБ с соблюдением величин зарядных напряжений для каждой стадии и вводя температурную компенсацию напряжений. При этом солнечная батарея при необходимости ведет питание дневных нагрузок. Нагрузки, работающие в темное время суток питаются исключительно от АКБ. Как уже было сказано выше, нагрузки переменного тока запитываются через инвертор. Казалось бы немного компонентов в составе системы, но только правильный их подбор сможет обеспечить надежную работу нагрузок.

Расчет системы состоит из нескольких этапов:

1) Для начала необходимо составить перечень всех нагрузок . Это удобно делать при помощи таблицы. Кроме названий приборов в столбцах таблицы следует указать мощность каждой нагрузки, её среднесуточное время работы и количество однотипных приборов;

2) Следующая задача это максимально сократить и оптимизировать этот список. Электричество в автономной системе достается очень дорого и нужно отказаться от лишних приборов или мощных приборов, которые целесообразней питать от генератора. Под оптимизацией списка понимается, что оставшиеся нагрузки необходимо выбрать максимально энергосберегающими. К примеру, если это освещение, то стоит полность отказаться от ламп накаливаю в пользу энергосбергающих(люминисцентных) или еще лучше светодиодных. Холодильник рекомендуется брать класса А, А+ или А++. Подобные действия возможно приведут к некоторым растратам, но они полностью окупятся при покупке системы(понадобится менее мощная система) и её эксплуатации в будущем. Кроме того имеет смысл рассмотреть возможность использования исключительно нагрузок постоянного тока. Это позволит не приобретать инвертор , и кроме того экономить энергию, которую рассеял бы инвертор, т.к. его КПД не 100%, а обычно 85-95%. Надежность и безопасность системы также возрастут за счет меньшего числа компонентов и остутствия опасных

3) Оптимизированный список теперь позволит провести расчет суточного энергопотребления в кВт*ч. Для этого необходимо для каждого типа нагрузки перемножить её мощность, количество приборов и среднесуточное время работы. Полученные результаты сложить. Это и есть искомая величина потребления в сутки. Для круглосуточно работающих приборов нужно смотреть в паспорте изделия суточное потребление(для холодильников часто указывается потребление в год). Например имеются: 1) ТВ мощности 30Вт, работает 4 часа в сутки; 2) лампы освещения 3шт по 15Вт, горят, 6 часов в сутки; 3) Холодильник с потреблением 600Вт*ч/сутки. Итого получаем: 30Вт*4часа+15Вт*3шт*6часов+600Вт*ч=990Вт*ч. В месяц потребление соответственно около 30кВт*ч. Для нагрузок, использующих переменный ток расчет нужно вести отдельно и закладывать в их потребление запас 5-15% для учета КПД инвертора.

4) Теперь можно определить емкость АКБ. Перед этим нужно выбрать номинальное напряжение аккумуляторного банка, задать количество пасмурных дней подряд, которые система должна пережить без заряда из вне, а также достигаемую при этом глубину разряда. Обычно для автономных систем глубина разряда выбирается не более 30-50% и это позволяет продлить срок службы АКБ. Цифра энергопотребления из п.4 умножается на количество пасмурных дней , и полученная величина должна составлять выбранный процент глубины разряда АКБ от её полной энергии. Как известно емкость АКБ в значительной степени зависит от температуры помещения. Процесс этот обратимый, т.е. при повышении температуры до нормальной емкость восстанавливается(но не нужно путать это с эксплуатацией АКБ при высоких температурах вредных для АКБ). При низких температурах емкость АКБ снижается и поправку на это необходимо закладывать при расчете системы. Окончательная емкость АКБ получается умножением расчетной энергии, заключенной в АКБ на коэффициент из таблицы ниже и последующим делением на напряжение АКБ. Полученную величину округляют в большую сторону к стандартным емкостям аккумуляторных батарей. Параллельно-последовательное соединение АКБ позволит набрать нужную емкость.

Читайте также:  Питание светодиода от переменного напряжения

В нашем примере расчета мы будем рассматривать случай, когда модули ориентированы в пространстве оптимально, ничто их не загораживает в течении дня, а следящей системы нет. Эти факторы можно учесть для реального объекта. Чтобы система получала необходимое количество энергии за весь период эксплуатации, необходимо вести расчет для условий наихудшей инсоляции. Если объект используется круглогодично, то таким месяцем является декабрь. В это время года максимально низкая инсоляции, очень короткий световой день и низкая облачность в большинстве регионов РФ. Оптимальный угол наклона солнечных панелей к горизонту разнится от региона к региону и увеличивается в высоких(более северных) широтах из-за низкого угла стояния солнца. Но существует несложная методика выбора угла наклона солнечных модулей при ориентации их на юг естественно. Это: Чтобы получить максимум энергии летом нужно панели разместить под углом на 15о меньше географической широты местности; Чтобы получить максимум в зимнее время года необходимо панели наклонить к горизонту под углом на 15о больше географической широты местности; Чтобы получить максимум за весь календарный год угол наклона солнечных батарей должен быть равен широте местности;. Выбрав угол наклона солнечных модулей необходимо найти в таблицах инсоляции её значение для Вашего региона, времени года и угла наклона воспринимающей поверхности. Таблицы инсоляции по некоторым регионам РФ и бывшего СССР можно посмотреть здесь. Эта цифра измеряется в кВт*ч/м2. К примеру для Краснодара в июле и угла наклона 30о это примерно 180кВт*ч/м2. Это означает что в июле в Краснодаре наблюдается приход солнечной радиации в количестве 180 пикочасов. Пикочасом называется условный промежуток времени в течении, которой интенсивность солнечной радиации равна 1000Вт/м2. Именно такая освещенность используется для паспортизации солнечных модулей. Т.е. в Краснодаре в июле в день получаем 6 пикочасов. На самом деле солнце светит конечно больше чем 6 часов, но менее интенсивно. Помимо инсоляции в расчете следует учитывать сильный нагрев модуля в летнее время, что снижает его эффективность. Нами предлагается следующая упрощенная формула для расчета необходимой мощности массива солнечных модулей:

• PΣ- суммарная мощность солнечных модулей;
• W-необходимое количество энергии;
• k-сезонный коэффициент(летом 0.55, зимой 0.7);
• E- значение инсоляции.

Коэффициент k учитывает все потери включая потери на заряд АКБ равные 20%, за исключением потерь в соединительных кабелях. Сечение кабелей обычно подбирается из расчета потерь не превышающих 2-3%. Полученная суммарная мощность солнечных модулей может быть разделена на мощность одного модуля и таким образом получено количество солнечных модулей. В подборе мощности и напряжения модулей имеются нюансы, которые должны быть согласованы с параметрами контроллера заряда. Но это тема другого разговора. Выше было упомянуто о системе слежения за положением солнца. Подобное слежение может дать добавку к выработке 20% при слежении только по азимуту и еще 10% при слежении по высоте светила. Т.е. суммарно можно выиграть порядка 30%, но нередко проще купить дополнительно СБ, чем тратиться на трекер и потом его обслуживать. В большинстве случаев для систем эксплуатирующихся круглогодично или преимущественно зимой целесообразно использовать дополнительный источник энергии: ветрогенератор или бензогенератор. Такие системы носят название гибридных и их компоненты хорошо дополняют друг друга.

© 2001-2015 «SOLBAT-Солнечные батареи», Все права защишены. Копирование запрещено.

Как рассчитать систему фотоэлектрических модулей

Показателем энергопотребления объекта является среднесуточное потребление электроэнергии.

Независимые от линий электропередач внесетевые системы фотоэлектрических модулей широко используются агропромышленными, строительными, муниципальными организациями и коммерческими компаниями, также как и владельцами частных домов и сооружений, удаленных от линий электропередач, либо испытывающих проблемы такие, как высокие тарифы, зависимость от поставщика электроэнергии, отсутствие инфраструктуры и так далее.

В состав систем Bekar обычно входят:

  1. Фотоэлектрические ФЭ солнечные модули;
  2. Аккумуляторные батареи АБ;
  3. Контроллер зарядки батарей;
  4. Монтажная система;
  5. Соединительные провода с МС3 контактами;
  6. Инвертор для преобразования напряжения DC в AC 220 В, 50 Гц.

Показателем энергопотребления объекта, например, дома – является среднесуточное потребление электроэнергии в кВтЧ. Такие показатели, как установленная мощность объекта или номинальная мощность электрооборудования, не подходят для оценки и расчета объекта, поскольку не отражают специфику его эксплуатации.

Для определения числа фотоэлектрических модулей, необходимо знать энергопотребление вашего объекта, мощность модуля (Pmax) и коэффициент инсоляции для вашей местности. Коэффициент инсоляции характеризует эффективность работы солнца в определенное время года. Он рассчитывается на основании статистических наблюдений, и учитывает влияние солнечных и пасмурных дней, сезонную продолжительность светового дня. Величину коэффициента инсоляции для каждой местности можно найти по карте солнечной инсоляции, публикуемой в специальных изданиях или в Интернет.

Для наглядности расчета, возьмем объект среднесуточно потребляющий 5 кВт в час мощности, и фотоэлектрический модуль мощностью 100 Вт. Коэффициент солнечной инсоляции с мая по октябрь примем равным 5.

Рассчитаем среднесуточную выработку энергии одним 100 Вт ФЭ модулем:

100 Вт х 5 = 500 Вт в час.

Далее считаем необходимое количество солнечных модулей для системы 5 кВт:

5000 Втч / 500 Втч = 10 модулей.

При условии, когда объект будет эксплуатироваться круглогодично, количество ФЭМ определяется исходя из худших погодных условий, т. е. периода времени с наименьшим сезонным коэффициентом инсоляции.

Допустим, что коэффициент солнечной инсоляции за период с ноября по май равен 3. Тогда среднесуточная выработка энергии одним модулем составит 100 Вт х 3 = 300 Втч, а необходимое количество ФЭМ равно 5000 Втч / 300 Втч = 16 модулей.

В независимых от линий электропередач ФЭ системах применяются гелиевые батареи закрытого типа, герметичные, необслуживаемые, со сроком эксплуатации 10–15 лет. При расчете общей емкости и количества аккумуляторных батарей для автономной системы необходимо учитывать, что глубина разрядки АБ не должна превышать 50 %.

Запрашивайте наш Информационно–Технический Бюллетень. Выпуск № 022011

Для нашего примера общая емкость составит:

  • 5000 Втч + 50 % = 7500 Втч;
  • 7500 Втч / 12 В = 625 АЧ.

Таким образом, общая емкость аккумуляторных батарей с напряжением питания 12 В составит 625 АЧ. Если мы выберем АБ емкостью 200 АЧ, то их необходимое количество составит: 625 АЧ / 200 АЧ = 4 шт.

Округление возможно только в большую сторону, поскольку дополнительная емкость снизит глубину разряда каждого аккумулятора, и увеличит срок службы батареи.

При расчете емкости АБ в автономном режиме необходимо принимать во внимание наличие пасмурных дней, в течение которых аккумулятор должен обеспечивать работу потребителей. При этом необходимо умножить расчетную ёмкость АБ в сутки на число дней без солнца обычное для вашей местности. Если число таких дней, например, два, то расчетная емкость АБ умножается на 2.

Еще один элемент ФЭ системы – контроллер уровня заряда АБ – является важнейшим компонентом для эффективной работы ФЭ системы. Контроллер управляет работой ФЭ модулей, правильно заряжает АБ, предохраняет батарею от перезарядки и глубокой разрядки, тем самым улучшает работу, повышает эффективность и продлевает срок службы батареи и систем генерации солнечной энергии.

Использование контроллеров Bekar не только продлевает срок службы АБ, но и позволяет более эффективно использовать энергию, полученную от солнечного модуля, для заряда АБ.

Новая MPPT технология, используемая в работе контроллера Bekar, позволяет заряжать батарею с низким уровнем напряжения от модуля с более высоким уровнем напряжения, более чем на 30% увеличивает поток электрической энергии от фотоэлектрических модулей к аккумуляторным батареям (спрашивайте подробную информацию о работе MPPT контроллера Bekar).

Используйте фирменные контроллеры Bekar с MPPT технологией зарядки.

При использовании простых дешевых контроллеров, ваши потери энергии при зарядке–разрядке аккумуляторной батареи составят 30%, если используются специальные АК батареи, и более 45% в случае использования обычных автомобильных батарей.

Стоит ли инвестировать в проект, чтобы терять столько энергии?

Инвертор преобразует постоянное напряжение, поступающее от АБ, в переменное напряжение, поступающее в электрическую сеть объекта.

Мощность инвертора, необходимого для конкретного автономного объекта, определяется как суммарная мощность потребления всех электроприборов, которые в нем находятся, и умноженная на коэффициент 1,5.

Важно отметить, что при проектировании ФЭ системы, важную роль играет аудит энергопотребления объекта. Нужно оценить работу каждой единицы оборудования с точки зрения ее эффективности, заменить обычные лампы на светодиодные, старые приборы на новые – более экономичные, и т.д. Стоимость ФЭ системы после проведения аудита может сократиться до 40 %.

Оценка необходимого количества фотоэлектрических солнечных модулей для автономных систем.

Чтобы оценить количество фотоэлектрических солнечных модулей, необходимых для создания автономной фотоэлектрической солнечной системы, необходимо знать ежедневное потребление электроэнергии, мощность одного фотоэлектрического модуля, величину местной солнечной инсоляции (или регион установки системы), и эффективность системы.

Необходимо сообщить нам:

  • Ежедневное потребление электроэнергии (кВт час);
  • Мощность вашего солнечного модуля (Вт);
  • Величина местной солнечной инсоляции (кВт час/м2/день) или ваш регион.

Мы расчитаем:

  • Необходимое количество фотоэлектрических солнечных модулей для вашей системы

Оценка необходимого количества аккумуляторных батареи для автономных систем.

Чтобы оценить количество аккумуляторных батарей, необходимых для создания автономной фотоэлектрической солнечной системы, необходимо знать ежедневное потребление электроэнергии АС, эффективность вашего инвертора, ежедневное потребление электроэнергии DC, напряжение системы батарей, ожидаемое число пасмурных дней подряд, максимальную величину разрядки ваших батарей, емкость и напряжение одной батареи.

Необходимо сообщить нам:

  • Ежедневное потребление электроэнергии АС (Вт час);
  • Эффективность инвертора (%);
  • Ежедневное потребление электроэнергии DC (Вт час);
  • Напряжение системы батарей DC (В);
  • Ожидаемое число пасмурных дней подряд;
  • Максимальная величина разрядки батарей (%);
  • Емкость одной батареи (АЧ);
  • Напряжение одной батареи (В).

Мы расчитаем:

  • Количество аккумуляторных батарей, подключаемых последовательно;
  • Количество аккумуляторных батарей, подключаемых параллельно;
  • Необходимое общее количество батарей.

Расчет фотоэлектрической системы

Расчет фотоэлектрической системы – раздел Физика, Солнечная энергетика Расчет Фотоэлектрической Системы. Использовать Энергию Солнечных Элеме.

Расчет фотоэлектрической системы.

Использовать энергию солнечных элементов можно также как и энергию других источников питания, с той разницей, что солнечные элементы не боятся короткого замыкания.

Каждый из них предназначен для поддержания определенной силы тока при заданном напряжении.

Но в отличии от других источников тока характеристики солнечного элемента зависят от количества падающего на его поверхность света. Например, набежавшее облако может снизить выходную мощность более чем на 50%. Кроме того отклонения в технологических режимах влекут за собой разброс выходных параметров элементов одной партии.

Следовательно, желание обеспечить максимальную отдачу от фотоэлектрических преобразователей приводит к необходимости сортировки элементов по выходному току. В качестве наглядного примера “вшивой овцы портящей все стадо” можно привести следующий: в разрыв водопроводной трубы большого диаметра врезать участок трубы с гораздо меньшим диаметром, в результате водоток резко сократится. Нечто аналогичное происходит и в цепочке из неоднородных по выходным параметрам солнечных элементов.

Читайте также:  Конструктор функций на базе пк и платформы nucleo-f411re

Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых – вольтамперных характеристик (ВАХ) Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента.

По иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности. Элемент размером 100 100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 10 10 мм и, следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший. Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения, получив нечто подобное изображенному на рис.2 Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять.

Серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников. Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов.

Можно также соединить параллельно цепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение. Важным моментом работы солнечных элементов является их температурный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25оС он теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/градус. На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ для температур 25о С и 60о С. В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09 В каждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого элементом.

КПД обычного солнечного элемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что элемент размером 100 100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт. Все фотоэлектрические системы можно разделить на два типа: автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Солнечные модули являются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем. Они могут быть изготовлены с любым выходным напряжением. После того как солнечные элементы подобраны – их необходимо спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками для припайки к ним проводников.

Батареи можно составлять в любой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно соединенных элементов. Можно соединить эти цепочки параллельно, получив так называемое последовательно-параллельное соединение. Параллельно можно соединять лишь цепочки (линейки) с идентичным напряжением, при этом их токи согласно закону Кирхгофа суммируются. При наземном использовании они обычно используются для зарядки аккумуляторных батарей (АКБ) с номинальным напряжением 12 В. В этом случае, как правило, 36 солнечных элементов соединяются последовательно и герметизируются посредством ламинации на стекле, текстолите, алюминии.

Элементы при этом находятся между двумя слоями герметизирующей пленки, без воздушного зазора. Технология вакуумной ламинации позволяет выполнить это требование. В случае воздушной прослойки между защитным стеклом и элементом, потери на отражение и поглощение достигли бы 20-30 % по сравнению с 12 % – без воздушной прослойки. Электрические параметры солнечного элемента представляются как и отдельного солнечного элемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях ( Standart Test Conditions), т.е при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре – 25оС и солнечном спектре на широте 45о(АМ1,5). Точка пересечения кривой с осью напряжений называется напряжением холостого хода – Uxx, точка пересечения с осью токов – током короткого замыкания Iкз. Максимальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC (Standart Test Conditions). Напряжение, соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности (рабочим напряжением – Up ), а соответствующий ток – током максимальной мощности (рабочим током – Ip ). Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом, будет около 16…17 В (0,45….0,47 В на элемент) при 25о С. Такой запас по напряжению по сравнению с напряжением полного заряда АКБ (14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери в контроллере заряда-разряда АКБ (о нем речь пойдет позже), а в основном – снижение рабочего напряжения модуля при нагреве модуля излучением : температурный коэффициент для кремния составляет около минус 0,4 %/градус (0,002 В/градус для одного элемента). Следует заметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямо пропорциональны освещенности.

Таким образом, при нагреве в реальных условиях работы, модули разогреваются до температуры 60-70оС, что соответствует смещению точки рабочего напряжения, к примеру, для модуля с рабочим напряжением 17 В – со значения 17 В до 13,7-14,4 В (0,38-0,4 В на элемент). Исходя из всего выше сказанного и надо подходить к расчету числа последовательно соединенных элементов модуля.

Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Под расчетом ФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Прежде всего, надо определить суммарную мощность всех потребителей, подключаемых одновременно.

Мощность каждого из них измеряется в ваттах и указана в паспортах изделий. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора, которая должна быть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной.

Следует иметь в виду, что такой хитрый прибор как компрессорный холодильник в момент запуска потребляет мощность в 7 раз больше паспортной. Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощных станций (более 1кВт) напряжение станции выбирается не менее 48 В, т.к. на больших мощностях инверторы лучше работают с более высоких исходных напряжений. Следующий этап – это определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирается из стандартного ряда емкостей с округлением в сторону, большую расчетной.

А расчетная емкость получается простым делением суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АКБ на значение глубины разряда аккумулятора в долях. Например, если суммарная мощность потребителей 1000 Вт ч в сутки, а допустимая глубина разряда АКБ 12 В – 50 %, то расчетная емкость составит: 1000 / (12 0,5) = 167 А ч При расчете емкости АКБ в полностью автономном режиме необходимо принимать во внимание и наличие в природе пасмурных дней в течении которых аккумулятор должен обеспечивать работу потребителей. Последний этап – это определение суммарной мощности и количества солнечных модулей.

Для расчета потребуется значение солнечной радиации, которое берется в период работы станции, когда солнечная радиация минимальна. В случае круглогодичного использования – это декабрь. В разделе “метеорология” даны месячные и суммарные годовые значения солнечной радиации для основных регионов России, а также с градацией по различным ориентациям световоспринимающей плоскости. Взяв оттуда значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называемое количество пикочасов, т.е условное время, в течении которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м2. Например, для широты Москвы и месяца-июля значение солнечной радиации составляет 167 кВтч/м2 при ориентации площадки на юг под углом 40о к горизонту.

Это значит, что среднестатистически солнце светит в июле 167 часов (5,5 часов в день) с интенсивностью 1000 Вт/м2, хотя максимальная освещенность в полдень на площадке, ориентированной перпендикулярно световому потоку, не превышает 700-750 Вт/м2. Модуль мощностью Рw в течении выбранного периода выработает следующее количество энергии : W = k Pw E / 1000, где Е – значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период.

Этот коэффициента делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течении дня. Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы – легко рассчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее на мощность одного модуля, получим количество модулей. При создании ФЭС настоятельно рекомендуется максимально снизить мощность потребителей. Например, в качестве осветителей использовать (по возможности) только люминесцентные лампы.

Такие светильники, при потреблении в 5 раз меньшем, обеспечивают световой поток, эквивалентный световому потоку лампы накаливания. Для небольших ФЭС целесообразно устанавливать ее модули на поворотном кронштейне для оптимального разворота относительно падающий лучей. Это позволит увеличить мощность станции на 20-30 %. 3.1.3.

схемопедия

Каталог электронных схем

Квартирные и офисные переезды в Москве и области.

Расчёт фотоэлектрической системы

Расчёт фотоэлектрической системы

Все фотоэлектрические системы (ФЭС) можно разделить на два типа : автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Под расчетом ФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Прежде всего надо определить суммарную мощность всех потребителей, подключаемых одновременно. Мощность каждого из них измеряется в ваттах и указана в паспортах изделий. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора, которая должна быть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной. Следует иметь в виду, что такой хитрый прибор как компрессорный холодильник в момент запуска потребляет мощность в 7 раз больше паспортной. Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощных станций (более 1кВт) напряжение станции выбирается не менее 48 В, т.к. на больших мощностях инверторы лучше работают с более высоких исходных напряжений.

Следующий этап – это определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирается из стандартного ряда емкостей с округлением в сторону, большую расчетной. А расчетная емкость получается простым делением суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АКБ на значение глубина разряда аккумулятора в долях.

Например, если суммарная мощность потребителей 1000 Втч в сутки, а допустимая глубина разряда АКБ 12 В – 50 %, то расчетная емкость составит :

1000 / (12 * 0,5) = 167 Ач

При расчете емкости АКБ в полностью автономном режиме необходимо принимать во внимание и наличие в природе пасмурных дней в течении которых аккумулятор должен обеспечивать работу потребителей.

Последний этап –это определение суммарной мощности и количества солнечных модулей. Для расчета потребуется значение солнечной радиации, которое берется в период работы станции, когда солнечная радиация минимальна. В случае круглогодичного использования – это декабрь.

В разделе “метеорология” даны месячные и суммарные годовые значения солнечной радиации для основных регионов России, а также с градацией по различным ориентациям световоспринимающей плоскости.

Взяв оттуда значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называмое количество пикочасов, т.е., условное время, в течении которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м 2 .

Например, для широты Москвы и месяца-июля значение солнечной радиации составляет 167 кВтч/м 2 при ориентации площадки на юг под углом 40 о к горизонту. Это значит, что среднестатистически солнце светит в июле 167 часов (5,5 часов в день) с интнсивностью 1000 Вт/м 2 , хотя максимальная освещенность в полдень на площадке, ориентированной перпендикулярно световому потоку, не превышает 700-750 Вт/м 2 .

Модуль мощностью Р w в течении выбранного периода выработает следующее количество энергии :

W = k P w E / 1000, где Е – значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период.

Он (k) делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течении дня.

Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы – легко расчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее на мощность одного модуля, получим количество модулей.

При создании ФЭС настоятельно рекомендуется максимально снизить мощность потребителей. Например, в качестве осветителей использовать (по возможности) только люминисцентные лампы. Такие светильники, при потреблении в 5 раз меньшем, обеспечивают световой поток, эквивалентный световому потоку лампы накаливания.

Для небольших ФЭС целесообразно устанавливать ее модули на поворотном кронштейне для оптимального разворота относительно падающий лучей. Это позволит увеличить мощность станции на 20-30 %.

КОЛЛЕКЦИЯ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ЗАБЛУЖДЕНИЙ

НАЧНЕМ С САМЫХ ПОПУЛЯРНЫХ:

– солнечная батарея сама по себе не заряжается, а сама заряжает аккумулятор;

– название “солнечная батарея” не означает,что она дает паспортную мощность при той же освещенности, при которой калькулятор на солнечной батарейке еще работает.паспортная мощность означает, что солнечная батарея могла бы давать эту мощность при стандартных условиях (е=1000вт/м 2 , т=25 о с, ам=1,5), которых в природе не бываeт. мощность батареи прямо пропорциональна освещенности.реально же из-за нагрева модулей и освещенности более низкой, чем стандартная, и из-за наклонного падения лучей на поверхность модуля, генерируемая мощность отличается от паспортной.например, станция мощностью 1000 вт на широте москвы в течении июля месяца будет вырабатывать порядка 70-75 квт*ч, а не 1000 вт в час, как думают многие.

– следующее распространенное заблуждение состоит в том, что нельзя, установив пару модулей на балконе, стать независимым от чубайса.

такие потребители энергии, как холодильник, электрокомфорки, утюги, лампы накаливания и т.п., очень прожорливы и их не прокормить этими двумя модульками! – тестировать солнечную батарею при свете люстры в комнате конечно можно,только параметры будут далеки от истинных также как освещенность создаваемая люстрой от солнечной освещенности,т.е. в десятки раз!

Расчёт фотоэлектрической системы

Главная > Реферат >Физика

Расчёт фотоэлектрической системы

Все фотоэлектрические системы (ФЭС) можно разделить на два типа : автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей , размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Под расчетом ФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Прежде всего надо определить суммарную мощность всех потребителей, подключаемых одновременно. Мощность каждого из них измеряется в ваттах и указана в паспортах изделий. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора, которая должна быть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной. Следует иметь в виду, что такой хитрый прибор как компрессорный холодильник в момент запуска потребляет мощность в 7 раз больше паспортной. Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощных станций (более 1кВт) напряжение станции выбирается не менее 48 В, т.к. на больших мощностях инверторы лучше работают с более высоких исходных напряжений.

Следующий этап – это определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирается из стандартного ряда емкостей с округлением в сторону, большую расчетной. А расчетная емкость получается простым делением суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АКБ на значение глубина разряда аккумулятора в долях.

Например, если суммарная мощность потребителей 1000 Втч в сутки, а допустимая глубина разряда АКБ 12 В – 50 %, то расчетная емкость составит :

1000 / (12 * 0,5) = 167 Ач

При расчете емкости АКБ в полностью автономном режиме необходимо принимать во внимание и наличие в природе пасмурных дней в течении которых аккумулятор должен обеспечивать работу потребителей.

Последний этап –это определение суммарной мощности и количества солнечных модулей. Для расчета потребуется значение солнечной радиации, которое берется в период работы станции, когда солнечная радиация минимальна. В случае круглогодичного использования – это декабрь.

В разделе “метеорология” даны месячные и суммарные годовые значения солнечной радиации для основных регионов России, а также с градацией по различным ориентациям световоспринимающей плоскости.

Взяв оттуда значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называмое количество пикочасов, т.е., условное время, в течении которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м 2 .

Например, для широты Москвы и месяца-июля значение солнечной радиации составляет 167 кВтч/м 2 при ориентации площадки на юг под углом 40 о к горизонту. Это значит, что среднестатистически солнце светит в июле 167 часов (5,5 часов в день) с интнсивностью 1000 Вт/м 2 , хотя максимальная освещенность в полдень на площадке, ориентированной перпендикулярно световому потоку, не превышает 700-750 Вт/м 2 .

Модуль мощностью Р w в течении выбранного периода выработает следующее количество энергии :

W = k P w E / 1000, где Е – значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период.

Он (k) делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течении дня.

Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы – легко расчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее на мощность одного модуля, получим количество модулей.

При создании ФЭС настоятельно рекомендуется максимально снизить мощность потребителей. Например, в качестве осветителей использовать (по возможности) только люминисцентные лампы. Такие светильники, при потреблении в 5 раз меньшем, обеспечивают световой поток, эквивалентный световому потоку лампы накаливания.

Для небольших ФЭС целесообразно устанавливать ее модули на поворотном кронштейне для оптимального разворота относительно падающий лучей. Это позволит увеличить мощность станции на 20-30 %.

В солнечных батареях с защитным покрытием из обычного стекла применяются фотоэлектрические элементы с КПД от 12% и выше (в среднем 13-16%). Обычно толщина алюминиевой рамки составляет 28 или 38 мм.

Средний КПД солнечной батареи составляет 12-14%. Отличные эксплуатационные и технические характеристики в сочетании с доступной ценой делают эти фотоэлектрические модули хорошим выбором для электроснабжения маломощных удаленных объектов.

Расчет фотоэлектрической системы

Ниже приведен простой пошаговый метод расчета фотоэлектрической системы (ФЭС). Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам компоненты системы электроснабжения.

Расчет системы состоит из 4-х основных этапов:

Определение нагрузки и потребляемой энергии

Определение значений необходимой мощности инвертора и емкости аккумуляторной батареи

Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей исходя из данных по приходу солнечной радиации в месте установки системы.

Расчет стоимости системы

После выполнения 4 шага, если стоимость системы недопустимо велика, можно рассмотреть следующие варианты уменьшения стоимости системы автономного электроснабжения:

уменьшение потребляемой энергии за счет замены существующей нагрузки на энергоэффективные приборы, а также исключение тепловой, “фантомной” и необязательной нагрузки (например, можно использовать холодильники, кондиционеры и т.п., работающие на газе)

замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на остутствии потерь в инверторе (от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока .

введение в систему электроснабжения дополнительного генератора электроэнергии – ветроустановки или дизель- или бензогенератора.

смириться с тем, что электроэнергия будет у Вас не всегда. И чем больше будет мощность системы отличаться от потребляемой мощности, тем более вероятны будут у Вас периоды отсутствия электроэнергии.

Расчет автономной ФЭС

1. Определение энергопотребления

Составьте список устройств-потребителей электроэнергии, которые Вы собираетесь питать от ФЭС. Определите потребляемую мощность во время их работы. Большинство устройств имеют маркировку, на которой указана номинальная потребляемая мощность в ваттах или киловаттах. Если указан потребляемый ток, то нужно умножить этот ток на номинальное напряжение (обычно 220 В). Для справки Вы можете посмотреть значения потребляемой мощности для типовой бытовой нагрузки .

После того, как Вы узнаете данные по потребляемой мощности Вашей нагрузки, Вам нужно заполнить таблицу №1.

Используйте эту таблицу для определения общей дневной потребляемой энергии.

Подсчитайте нагрузку переменного тока. Если у Вас нет такой нагрузки, то можете пропустить этот шаг и перейти к подсчету нагрузки постоянного тока.

1.1. Перечислите всю нагрузку переменного тока, ее номинальную мощность и число часов работы в неделю. Умножьте мощность на число часов работы для каждого прибора. Сложите получившиеся значения для определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
×
×
Adblock
detector