КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ И ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Важным направлением развития энергетики в настоящее время является необходимость существенного повышения внедрения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Современное развитие энергетики в России характеризуется ростом стоимости производства энергии.

Мировая тенденция роста тарифов на электроэнергию, которая связана с постоянным удорожанием топливно-энергетических ресурсов планеты (природного газа, нефти, угля) приводит к необходимости использования альтернативной энергетики. Среди ВИЭ наиболее широкого применения может достичь неиссякаемая энергия солнца и ветра.

Однако комплексное их применение в промышленности или частном секторе – намного эффективней, нежели применение этих энергоресурсов порознь. Исходя из таких соображения, на свет и родилась идея создания систем комплексного энергоснабжения на основе ВИЭ для малоэтажного дома.

Актуальность работы заключается в разработке системы комплексного энергоснабжения на основе ВИЭ, для обеспечения автономной системы энергоснабжения жилого дома.

Целью данной работы является разработка системы для автономного обеспечения энергоснабжением жилого дома. Основными задачами для достижения данной цели являются: разработка конструкции для комбинирования ВИЭ различного типа, оценка и технологических параметров полученной системы.

Одним из принципов функционирования автономных систем электроснабжения является поочередное использование двух аккумуляторных батарей (АКБ), из которых одна предназначена только для заряда аккумулятора, а другой только для разряда, то есть питания электрической нагрузки и заряда другой.

Поочередное использование двух аккумуляторов позволяет увеличить время автономной работы. В качестве примера служит автономная система электроснабжения. В качестве ВИЭ могут быть использованы, как и в работе, солнечная и ветровая энергия. Предлагаемая авторами система для автономного энергоснабжения жилого дома приведена на рис. 1.

На рис. 1 показано устройство гибридной ветро-солнечной системы: ветрогенераторы служат преобразователями кинетической энергии воздушных потоков в электрическую энергию. Показана схема ветродвигателя 1 на основе ротора Н-Дарье и Савониуса 1 и солнечных батарей 2. Преимуществами роторов Н-Дарье является их быстроходность, а недостатком, невозможность самозапуска из-за малого пускового момента. Преимуществами роторов Савониуса является возможность их самозапуска из-за большого пускового момента, а недостатком - меньшая скорость вращения ротора. Двигатель Савониуса обеспечивает работу на низких скоростях и обеспечивает запуск двигателя Дарье. Кроме того, в отличие от двигателей с горизонтальной осью вращения роторы Дарье и Савониуса не нуждаются в механизме ориентации по направлению ветрового потока. Фотоэлектрическая система, состоящая из солнечных модулей, соединенных параллельно и (или) последовательно, преобразует лучистую энергию Солнца в электрический ток постоянного напряжения. Ветрогенераторы служат преобразователями кинетической энергии воздушных потоков в электрическую энергию. Гибридный контроллер 6 преобразует напряжение, поступающее от солнечной батареи и ветрогенератора в адаптированное к аккумуляторной батарее напряжение. Аккумуляторные батареи 5 состоят из одного или нескольких блоков, образующих аккумуляторную батарею необходимой емкости и напряжения. Инвертор 4 служит преобразователем постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное.

Гибридная ветросолнечная система рассчитывается согласно данным по потребляемой мощности, а также солнечному и ветровому потенциалу местности, должна быть способна на обеспечение энергией потребителей 220В/50 Гц.

Электрические нагрузки от оборудования, находящегося в помещениях приведены в табл. 1. В этой же таблице указано количество оборудования, его номинальная мощность, время работы в течение дня, а также суммарное количество потребленной энергии в сутки для летнего и осенне-весеннего периода. Общая мощность всех электрических приборов составляет 22,921 кВт.

Результаты расчета потребления и выработки электроэнергии коттеджем сведены в табл. 1.

Табл. 1- Электрические нагрузки коттеджа

Расчетная мощность определяется исходя из коэффициента спроса, который для бытовых приборов составляет 0,6 .

Pрасч = РН * 0.6 = 13.75

На рис. 2 и 3 показаны летний, осенне-весенний суточный график электрических нагрузок.

Из рис.2 и 3 следует, что максимальный пик электрических нагрузок приходит на период с 8 до 9 и с 17 до 18 часов, в этот промежуток времени требуется наибольшее количество выработанной энергии.

Таким образом, ветро-солнечные системы позволяют максимально полно использовать ВИЭ, поскольку их комбинация увеличивает генерируемую энергию вдвое, а также они способны взаимозаменять друг друга – когда нет ветра, есть солнце и наоборот. Основным источником энергии в гибридной системе является ветряной двигатель, а фотоэлектрические солнечные панели являются вспомогательными, которые вырабатывают энергию в периоды длительного «штиля», так как они способны работать постоянно и снижать разряд аккумуляторов, что продлевает их ресурс.

Список литературы

1.     Горелов Д.Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения / Омский филиал института математики им. С. Л. Соболева СО РАН – Омск: Полиграфический центр КАН, 2012. – 68 с.

2.   Двигатель Дарье // Ветродвиг [Офиц. сайт]. URL: http://vetrodvig.ru/dvigatel-dare/(Дата обращения 5.04.2019).

3.              Сысоев В.В. Автономная система электроснабжения. Режим доступа: http://www.ntpo.com/investicii-v-innovacii/alternativnye-inetradicionnye -istochniki-jenergii/39085– avtonomnaya–sistema   еlektrosnabzheniya.html

4.   Шишкин Н. Д. Малые энергоэкономичные комплексы с возобнов-ляемыми источниками энергии. Монография. Москва: Готика, 2000. — 236 с.

5.         Шишкин Н.Д., Ильин Р.А. Разработка и оценка параметров комбинированной ветроэнергетической установки на основе роторов Н-Дарье и Савониуса // Промышленная теплоэнергетика. – 2018. - № 8. – С. 51 – 56.

6.    Шкрабец Ф.П. Основы электроснабжения [Текст] / Шкрабец Ф.П – Д: Национальный горный университет, 2012 – 465 с.