Электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с использованием возобновляемых источников электроэнергии, а именно - солнечных батарей, в условиях Южного Урала

Как мы видим, альтернатив традиционной энергетике много. Но жить под грохот дизеля и запах солярки на террасе или ощущая постоянную вибрацию и гул ветряка - это не то, о чем многие мечтают. А собственная ГЭС доступна далеко не каждому. Поэтому на сегодняшний день наиболее приемлемым вариантом автономного электроснабжения является ФЭС.

Солнечные батареи обладают значительными преимуществами перед другими преобразователями:

- не имеют движущихся частей, что значительно снижает стоимость обслуживания;

- срок службы может достигать, вероятно, 100 лет при незначительном снижении эксплуатационных характеристик (проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах);

- не требуют высокой квалификации персонала;

- эффективно используют как прямое, так и рассеянное (диффузное) излучение;

- пригодны для создания установок практически любой мощности.

Таким образом, из всех видов альтернативной энергетики наиболее перспективным является солнечная энергетика.

Анализ существующих способов получения электрической и тепловой энергии показывает, что их существует большое количество, все они имеют свои достоинства и недостатки. При этом наиболее перспективным способом является преобразование солнечного излучения. Его можно преобразовать непосредственно в электроэнергию с помощью солнечных батарей или в тепловую с помощью солнечных коллекторов.

6.2 Анализ конструкции и устройства солнечных элементов и батарей

Солнечную энергию можно преобразовать в другие виды, в частности - в тепловую с помощью солнечных коллекторов и в электрическую с помощью солнечных батарей. Для автономного электроснабжения наиболее актуальным является использование солнечных батарей.

Солнечная батарея (СБ) - электрическое устройство, которое преобразует часть солнечного излучения в электрический ток (рисунок 1). СБ (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней оболочки атомов. При замыкании цепи возникает электрический ток.

Наибольшее распространение получили СБ из кремниевых элементов. Пластинки кремния соединяются последовательно плоскими проводниками, обычно цепочками. В качестве защиты от внешних условий применяется специальное просветлённое с антибликовой поверхностью закалённое стекло. Элементы герметизируются для защиты от влаги. Стекло обрамляется в рамку из алюминиевого профиля (рисунок 6.1). Внешний вид солнечного модуля показан на рисунке 6.2.



Рисунок 6.1 - Устройство солнечного модуля

Рисунок 6.2 - Солнечный модуль

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, СБ производит непосредственно электричество. Они бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы, до занимающих крыши автомобилей и зданий.

СБ бывают нескольких типов в зависимости от используемых фотоэлементов [26]:

- монокристаллический кремний (рисунок 6.3).



Рисунок 6.3- Монокристаллические солнечные модули

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования [26].

Срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20% [26];

- поликристаллический кремний (рисунок 6.4)



Рисунок 6.4- Поликристаллическая солнечная батарея

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элементов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 12 до 15% [26]. Тем не менее, эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства;

- аморфный кремний В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца [26]. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию.

Количество энергии, выработанное СБ, зависит от мощности солнечной батареи, её КПД, интенсивности солнечного излучения (инсоляции), угла падения солнечных лучей на плоскость батареи, температуры, высоты солнца над горизонтом, чистоты воздуха, облачности и т.д.

6.3 Оборудование и компоненты фотоэлектрической установки

Солнечная фотоэлектрическая система состоит из:

- СБ необходимой мощности, смонтированной на крыше или специальной конструкции;

- аккумуляторной батареи (АБ) необходимой емкости;

- контроллера зарядки-разрядки АБ;

- блока бесперебойного питания (ББП) или инвертора;

- резервного источника электропитания;

- зарядного устройства для подзарядки АБ от генератора;

- необходимого коммутационного, индикаторного оборудования и соединительных кабелей и системы заземления.

Структурная схема известной системы солнечного автономного электроснабжения (САСЭС) представлена на рисунке 6.5.

СБ называется несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) -- полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток (рисунок 6.6).



1 - контроллер зарядки;2 - переключатель источника питания;3 - котел;BL - солнечная батарея; GB - аккумуляторная батарея;UZ - инвертор;EL - осветительная нагрузка

Рисунок 6.5 - Структурная схема системы автономного электроснабжения с использованием солнечной энергии

Рисунок 6.6 - Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния

СБ соединяют в цепи последовательно или параллельно для получения необходимых параметров по току и напряжению. СБ обычно устанавливают на южную сторону крыши, обеспечив свободную циркуляцию воздуха под ними (для естественного охлаждения достаточно щели 5 - 10 см).

В простейшем виде автономное электропитание аппаратуры малой мощности можно обеспечить прямым подключением нагрузки к СБ. Недостатком такого электропитания является несогласованность величины и времени поступления электроэнергии от источника к потребителю. Так, например, в отсутствие солнечной энергии СБ перестает работать.

СБ имеет на выходе меняющееся в широких пределах напряжение. Например, СБ номинальным напряжением 12 В может иметь на выходе напряжение от 0 до 21 В [29]. Поэтому необходим аккумулятор, работающий в буферном режиме.

Избыток электроэнергии может запасаться в аккумуляторной батареи (АБ) на длительное время (десятки дней и даже месяцы), а запасенная электроэнергия в любой момент может быть передана в нагрузку. АБ в системе ФЭУ помимо своей основной функции - хранить энергию, выполняет также и функцию стабилизации напряжения на нагрузке.

Для выбора количества и типа аккумуляторов используются два параметра: напряжение и ток зарядки, который может поступать от нескольких источников. Необходимо чтобы аккумуляторы не боялись сульфатации пластин. К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных системах, причислим и низкий уровень саморазряда.

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе средства контроля зарядки и разрядки аккумуляторов. В случае переразряда резко сокращается срок службы аккумуляторной батареи или она может выйти из строя. Если же аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести к закипанию электролита и бурному газовыделению или к вспучиванию и даже взрыву герметичных аккумуляторных батарей.

В систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей, если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии, если аккумуляторы заряжены. Использование контроллеров заряда настоятельно рекомендуется.

Некоторые контроллеры на завершающей стадии заряда используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда. ШИМ является эффективным способом достижения постоянного напряжения заряда АБ. При использовании её ток от солнечной батареи соответствует состоянию аккумуляторной батареи и ее потребностям в заряде. Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда.

Более сложные контроллеры умеют следить за точкой максимальной мощности фотоэлектрических батарей. Такие контроллеры называются MPPT контроллерами (расшифровывается как Maximum Power Point Tracking). Слежение за точкой максимальной мощности (ТММ) солнечного модуля может дать прирост в выработке энергии примерно 15-30% по сравнению с контроллером без слежения за ТММ [29]. Солнечная батарея имеет характерную вольтамперную характеристику (рисунок 6.7)

Рисунок 6.7 - Внешняя характеристика солнечной батареи при различных уровнях облученности

Крайними точками на ней являются точка напряжения холостого хода (I=0), отражающая ЭДС батареи, и точка тока короткого замыкания. При подключении к батарее нагрузки, часть энергии будет выделяться на ней.

При уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение будет падать, сначала слабо, а ток возрастать. Соответственно, будет возрастать и отдаваемая нагрузке мощность.

В некоторой точке мощность, выделяемая на нагрузке, достигает своего максимума, после чего, при дальнейшем уменьшении сопротивления, напряжение на нагрузке начинает резко падать, а вместе с ним и выделяемая мощность.

Значение напряжения и силы тока в точке максимальной мощности зависят от нескольких параметров. Это паспортная мощность батареи, яркость источника света, угол падения лучей, температура батареи. Все перечисленные параметры, кроме первого, постоянно изменяются во времени, что приводит к соответствующему изменению графика и положения данной точки на нем. Соответственно, чтобы вырабатываемая энергия в процессе эксплуатации батареи максимально отдавалась нагрузке, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки определенным образом изменялось, подстраиваясь под текущие параметры солнечной батареи.

Устанавливаемый между солнечной батареей и аккумулятором контроллер MPPT трансформирует параметры поступаемого с нее тока таким образом, чтобы напряжение на солнечной батарее всегда соответствовало напряжению максимальной мощности. При таком режиме появляется возможность немного заряжать аккумуляторы при низкой освещенности (например, в пасмурную погоду).

Для преобразования постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный синусоидальной формы, нужен инвертор. Это устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток с изменением величины напряжения или без. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде (рисунок 6.8).

Существуют три режима работы инвертора:

- режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора;

- режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной;

- режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную мощность в течение нескольких миллисекунд, для обеспечения запуска электродвигателей.

Рисунок 6.8 - Синусоидальная и квазисинусоидальная формы напряжения

Синусоидальная форма напряжения получается благодаря использованию принципа широтно-импульсной модуляции, который широко применяется системах телекоммуникации и высокоточном электронном оборудовании.

Таким образом, система автономного электроснабжения с использованием солнечной энергии состоит из четырёх основных элементов: СБ, АБ, контроллер и инвертор.

6.4 Разработка алгоритма переключения потребителей дома усадебного типа от альтернативного источника к сети

Блок-схема [27] представлена на чертеже ЭИА0.ЭАП2.00.000 Э0. Схема разработана по принципу структурно-логического принятия решений, поэтому при её разработки использовался метод “вопроса-ответа”. В основу схемы положен алгоритм выбора режима питания потребителей (технологических процессов), в зависимости от приоритета, который может быть запрограммирован. Потребители получают электроэнергию из источника, являющегося наиболее "выгодным". Например, при наличии солнечной радиации и нормальной работе солнечных модулей (СМ) потребитель питается от системы "СМ + аккумуляторные батареи", при отсутствии солнечной радиации - от сети или иных источников питания (ВЭУ и т.д.).

6.5 Расчет фотоэлектрической установки

Для того, чтобы выбрать количество и мощность солнечных модулей, необходимо определить, какие потребители дома необходимо подключить, сколько электроэнергии потребуется для их питания. В рассматриваемом доме предполагается, что от солнечных батарей будут получать электрическую энергию газовый котел и осветительные установки.

Рассчитаем суточное количество электроэнергии, потребляемое газовым котлом в каждом месяце по формуле 6.1

W = t_сут * Р_{n ,} Вт*ч, (6.1)

где t_сут - суточное время работы потребителя, ч;

Р_n - мощность потребителя, Вт;

Мощность котла Р_n = 139.

Результаты расчетов, выполненных в программе Exсel, занесены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Суточное время работы и количество потребляемой котлом электроэнергии

месяц	Время работы котла за сутки, час	Суточное количество потребляемой электроэнергии, Втч	Суточное количество потребляемой электроэнергии, кВтч
Январь	12	1668	1,668
Февраль	12	1668	1,668
Март	12	1668	1,668
Апрель	6	834	0,834
Май	6	834	0,834
Июнь	4	556	0,556
Июль	4	556	0,556
Август	5	695	0,695
Сентябрь	6	834	0,834
Октябрь	8	1112	1,112
Ноябрь	10	1390	1,39
Декабрь	12	1668	1,668

Рассчитаем суточное количество электроэнергии, потребляемой осветительной установкой в каждом месяце.

По известным значениям суточного времени работы (таблица 6.2) и мощности светильников в помещениях (таблица 6.3) по формуле 6.1 найдём суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками в каждом помещении

W _{сут потр}=t_{сут. р*}P_СВ, Вт-ч, (6.2)

где W _{сут потр} - суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками в каждом помещении, Вт;

t_{сут. р} - суточное время работы светильников, ч;

P_СВ - мощность светильников, Вт.

Таблица 6.2 - Суточное время работы светильников в помещениях в каждом месяце в часах

Месяц	Гостиная	Спальня 1	Спальня 2	Столовая	Холл	Прихожая	Кухня	Санузел
Январь	8	8	4	8	4	4	8	2
Февраль	8	8	3	8	3	3	8	2
Март	7	7	3	7	3	3	7	2
Апрель	6	6	2	6	2	2	6	1
май	4	4	1	4	1	1	4	1
Июнь	2	2	0	2	0	0	2	1
Июль	1	1	0	1	0	0	1	1
Август	2	2	0	2	0	0	2	1
Сентябрь	4	4	1	4	1	1	4	1
Октябрь	6	6	2	6	2	2	6	1
Ноябрь	7	7	4	7	4	4	7	2
Декабрь	8	8	4	8	4	4	8	2

Таблица 6.3 - результаты расчёта осветительной нагрузки в помещениях в Вт

Наименование помещения	Мощность
Гостиная	66
Спальня 1	40
Спальня 2	30
Столовая	25
Холл	20
Прихожая	20
Кухня	30
Санузел	20
Всего	250

Мощность светильников в помещениях (таблица 6.3) была рассчитана в разделе 3. Результаты расчетов сведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Суточное количество потребляемой электроэнергии светильниками в каждом месяце в кВтч

Месяц	Гостинная	Спальня 1	Спальня 2	Столовая	Холл	Прихожая	Кухня	Санузел	Сумма
Январь	0,53	0,32	0,12	0,2	0,08	0,08	0,24	0,04	1,8
Февраль	0,53	0,32	0,09	0,2	0,06	0,06	0,24	0,04	1,73
Март	0,46	0,28	0,09	0,175	0,06	0,06	0,21	0,04	1,545
Апрель	0,40	0,24	0,06	0,15	0,04	0,04	0,18	0,02	1,27
Май	0,26	0,16	0,03	0,1	0,02	0,02	0,12	0,02	0,83
Июнь	0,13	0,08	0	0,05	0	0	0,06	0,02	0,39
Июль	0,07	0,04	0	0,025	0	0	0,03	0,02	0,205
Август	0,13	0,08	0	0,05	0	0	0,06	0,02	0,39
Сентябрь	0,26	0,16	0,03	0,1	0,02	0,02	0,12	0,02	0,83
Октябрь	0,40	0,24	0,06	0,15	0,04	0,04	0,18	0,02	1,27
Ноябрь	0,46	0,28	0,12	0,175	0,08	0,08	0,21	0,04	1,615
Декабрь	0,53	0,32	0,12	0,2	0,08	0,08	0,24	0,04	1,8

Суммарное количество электроэнергии, потребляемое газовым котлом и светильниками в течение суток, необходимое для расчёта ФЭУ, приведено в таблице 6.5. Графические результаты расчета представлены на рисунке 6.9.

Таблица 6.5 - Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом и светильниками в кВтч

Месяц	Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом	Суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками	Всего
1	2	3
Январь	1,668	1,8	3,468
Февраль	1,668	1,73	3,398
Март	1,668	1,545	3,213
Апрель	0,834	1,27	2,104
Май	0,834	0,83	1,664
Июнь	0,556	0,39	0,946
Июль	0,556	0,205	0,761
Август	0,695	0,39	1,085
Сентябрь	0,834	0,83	1,664
Октябрь	1,112	1,27	2,382
Ноябрь	1,39	1,615	3,005
Декабрь	1,668	1,8	3,468



Рисунок 6.9 - Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом и светильниками

Для определения необходимого количества электроэнергии, вырабатываемого солнечной батареей, воспользуемся данными из монографии Шерьязова С.К. (таблица 6.6) [28].

Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы различно. Кроме того, оно зависит от угла наклона СБ. Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы для разных углов наклона СБ рассмотрено в приложении. Эти зависимости обобщены и представлены в таблице 6.7.

Таблица 6.6 - Удельная мощность потока солнечного излучения в отдельные часовые интервалы [28] кВт/м2

Интервал времени, ч	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
4-5 ч					0,40	0,45	0,40
5-6 ч				0,40	0,45	0,50	0,45	0,40
6-7 ч			0,40	0,45	0,50	0,55	0,50	0,45	0,30
7-8 ч		0,30	0,45	0,50	0,55	0,60	0,55	0,50	0,40	0,30
8-9 ч	0,20	0,33	0,50	0,55	0,60	0,65	0,60	0,55	0,45	0,33	0,30	0,15
9-10 ч	0,25	0,40	0,55	0,60	0,65	0,67	0,62	0,58	0,50	0,40	0,33	0,20
10-11 ч	0,30	0,42	0,60	0,62	0,66	0,70	0,65	0,61	0,52	0,45	0,35	0,22
11-12 ч	0,35	0,45	0,62	0,65	0,70	0,75	0,70	0,65	0,55	0,50	0,40	0,25
12-13ч	0,35	0,45	0,62	0,65	0,70	0,75	0,70	0,65	0,55	0,50	0,40	0,25
13-14 ч	0,30	0,42	0,60	0,62	0,66	0,70	0,65	0,61	0,52	0,45	0,35	0,22
14-15 ч	0,25	0,40	0,55	0,60	0,65	0,67	0,62	0,58	0,50	0,40	0,33	0,20
15-16 ч	0,20	0,33	0,50	0,55	0,60	0,65	0,60	0,55	0,45	0,33	0,30	0,15
16-17 ч		0,30	0,45	0,50	0,55	0,60	0,55	0,50	0,40	0,30
17-18 ч			0,40	0,45	0,50	0,55	0,50	0,45	0,30
18-19 ч				0,40	0,45	0,50	0,45	0,40
19-20 ч					0,40	0,45	0,40

Таблица 6.7 - Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы в кВт

месяцы	угол наклона
	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Январь	0,27	0,32	0,36	0,41	0,45	0,49	0,53	0,56	0,59	0,62
Февраль	0,44	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,74	0,78	0,81	0,84
Март	0,68	0,73	0,78	0,82	0,86	0,90	0,93	0,95	0,97	0,99
Апрель	0,78	0,81	0,83	0,85	0,87	0,87	0,88	0,89	0,89	0,88
Май	0,91	0,92	0,93	0,93	0,92	0,91	0,90	0,88	0,87	0,84
Июнь	0,97	0,97	0,97	0,97	0,95	0,94	0,93	0,90	0,88	0,84
Июль	0,90	0,90	0,90	0,90	0,89	0,89	0,87	0,85	0,82	0,80
Август	0,77	0,79	0,80	0,81	0,81	0,82	0,81	0,80	0,79	0,77
Сентябрь	0,58	0,60	0,63	0,65	0,67	0,69	0,70	0,70	0,72	0,70
Октябрь	0,44	0,48	0,52	0,55	0,59	0,62	0,65	0,67	0,69	0,71
Ноябрь	0,33	0,38	0,43	0,48	0,53	0,57	0,61	0,65	0,69	0,71
Декабрь	0,20	0,24	0,28	0,32	0,35	0,38	0,41	0,44	0,47	0,49

Продолжение таблицы 6.7

месяцы	угол наклона
	55	60	65	70	75	80	85	90
Январь	0,64	0,62	0,68	0,69	0,70	0,70	0,70	0,69
Февраль	0,82	0,88	0,89	0,90	0,90	0,89	0,89	0,88
Март	0,99	1,00	0,99	0,99	0,97	0,93	0,93	0,90
Апрель	0,87	0,86	0,84	0,82	0,79	0,76	0,73	0,70
Май	0,81	0,78	0,74	0,69	0,66	0,61	0,56	0,51
Июнь	0,81	0,77	0,73	0,68	0,63	0,58	0,54	0,49
Июль	0,77	0,73	0,70	0,65	0,61	0,56	0,52	0,47
Август	0,75	0,72	0,70	9,67	0,63	0,59	0,55	0,51
Сентябрь	0,70	0,69	0,67	0,65	0,63	0,60	0,58	0,54
Октябрь	0,69	0,73	0,73	0,73	0,72	0,72	0,70	0,69
Ноябрь	0,72	0,76	0,77	0,78	0,79	0,79	0,79	0,78
Декабрь	0,51	0,53	0,54	0,55	0,56	0,56	0,56	0,55

При выборе угла наклона СБ учитываются различные условия. Одним из важных условий выбора угла наклона является отсутствие снега на поверхности СБ в зимнее время. Исходя из этого условия угол наклона СБ должен быть не менее 75 град.

Для выбора оптимального угла наклона необходимо определить какую площадь должна занимать СБ для различных значений угла наклона, чтобы при этом она могла бы вырабатывать электроэнергию, достаточную для потребителей. Площадь СБ для каждого значения угла определим по формуле (6.3).

F_СБ=W_{уд сут потр} /W_{уд сут выраб} , (6.3)

где F_сб - площадь солнечной батареи, м²;

W_{уд сут потр} - удельное суточное потребление электроэнергии, кВтч;

W_{уд сут выраб} - удельная суточная электроэнергия, вырабатываемая СБ, кВтч.

Удельное суточное потребление электроэнергии приведено в таблице 6.5, а удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы приведено в таблице 6.7.

Результаты расчета сведём в таблицу 6.8 и представим на рисунке 6.10.

Таблица 6.8 - Необходимая площадь СБ в зависимости от угла наклона

в м²

Месяцы	Угол наклона
	75	80	85	90
Январь	4,97	4,96	4,97	5,02
Февраль	3,76	3,81	3,81	3,85
Март	3,30	3,46	3,46	3,58
Апрель	2,66	2,76	2,88	3,00
Май	2,53	2,71	2,98	3,24
Июнь	1,49	1,62	1,77	1,94
Июль	1,25	1,35	1,47	1,61
Август	1,73	1,84	1,99	2,13
Сентябрь	2,64	2,76	2,89	3,06
Октябрь	3,29	3,32	3,38	3,46
Ноябрь	3,81	3,81	3,82	3,86
Декабрь	6,24	6,20	6,18	6,26

Рисунок 6.10 - Необходимая площадь СБ

Анализ графика показывает, что наименьшая площадь СБ будет при угле наклона 75 град.



7. Выбор оборудования фотоэлектрической установки

7.1 Выбор количества и мощности солнечных модулей

Солнечная батарея - важнейший элемент солнечной электростанции, от того как правильно она выбрана, будет зависеть период окупаемости солнечной системы. Определим мощность СБ для дома усадебного типа в с. Долгодеревенское. Для этого необходимо знать количество и мощность солнечных модулей, из которых будет состоять СБ.

Для выбора количества и мощности СМ была определена необходимая площадь при известном угле наклона из условия возможности полного обеспечения потребителей электроэнергией (таблица 6.8). Оптимальному условию отвечает площадь СБ, рассчитанная для декабря месяца (максимальная величина). Её значение равно 6,24 м2.

Количество солнечных модулей для декабря месяца определим по формуле

n_см = F_сб / F_см,, (7.1)

где n_см - количество солнечных модулей, шт;

F_сб - площадь солнечной батареи, м²;

F_см - площадь солнечного модуля, м².

n_см = 6,24/ 0,99 = 6,29.

Примем количество солнечных модулей для декабря месяца равным 7, округлив полученный результат в большую сторону.

На имеющейся площади можно разместить 7 СМ China Land CHN145-36P, 145 Вт, площадью 0.99 м². Стоимость одного СМ 7600 руб. Площадь, которую будет занимать СБ, равна 6,93 м2 [29].

7.2 Выбор инвертора

Определим мощность нагрузки

(7.2)

где Р_осв- электрическая мощность котла, Вт (Раздел № 5);

- коэффициент спроса.

.

Учитывая основные параметры, такие как, входное напряжение, КПД, форма выходного сигнала, номинальную мощность и цену, выбираем один инвертор СК-ИС -300, 300 Вт, 3200 руб [29].

7.3 Выбор аккумуляторов

Аккумуляторы выбираются по величине количества запасаемой энергии.

Для определения ёмкости аккумуляторной батареи (АБ) необходимо разделить количество потребляемой электроэнергии для месяца с максимальным энергопотреблением, а это - декабрь (таблица 6.5), на номинальное напряжение АБ.

С_расч=W_{сут потр}./U_Н, (7.3)

где С_расч - расчетная ёмкость аккумуляторной батареи (АБ), А ч;

W_{сут потр} - суточное количество потребляемой электроэнергии для декабря месяца, т.е. для месяца с максимальным энергопотреблением, кВтч;

U_Н - номинальное напряжение АБ, В.

С_расч=3,468*1000/12=289 Ач.

Учитывая, что АБ не рекомендуется разряжать более, чем на 50 %, реальную ёмкость АБ необходимо выбирать в несколько раз больше расчётной. Выберем ёмкость АБ в два раза больше расчётной

Среал=289*2=578 Ач.

Выберем аккумуляторы: 12В Prosolar RRA-200D, 200 А·ч, 17000 руб. 3 штуки [29].

7.4 Выбор контроллера зарядки

Контроллер зарядки выбирается по току нагрузки и току зарядки. Максимальный ток нагрузки равен 20,83 А

Ток зарядки определяется как произведение тока короткого замыкания СМ на количество СМ.

I_З =8,3*7=58,1А.

Поэтому выберем контроллер EPVS 6024/6048, 60A, 11300 руб.

7.5 Выбор дополнительного оборудования

Комплект для монтажа солнечного модуля на наклонной крыше, 800 руб., 7 штук.

Кабель солнечный FR-Cable, 6 мм², 110 руб. за метр, 20 метров.

MC-4-Y-коннекторы - 6 пар, 500 руб/пара. 3000 руб.

Автоматический переключатель источника энергии, номинальный ток 40 А, макс. Ток 80 А. 12500 руб [29].

Общие затраты на приобретение ФЭС приведены в разделе 10 (таблица 10.2).



8. Безопасность труда

Безопасность труда - это система мероприятий, обеспечивающая наилучшие условия безопасности для жизни и здоровья, трудящихся для выполнения различных работ. Она включает в себя законодательные, социально-экономические, технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия, то есть составные части охраны труда, техники безопасности и производственной санитарии.

8.1 Общая характеристика объекта и состояние безопасности труда на объекте

Жилой дом запитывается трёхфазным напряжением 380 В, а известно, что электрическое напряжение выше 50 В опасно для человека. Задача раздела «Безопасность труда» - разработка организационных и технических решений, которые создадут безопасные условия труда и жизни.

Район размещения жилого дома - Челябинская область: климатический (сезонный) коэффициент - 1,64, преобладающий тип грунта - песчаный. Установленная мощность силового трансформатора - 100 кВА. Дом получает питание от воздушной линии с сечением провода 35 мм². Режим работы нейтрали - глухозаземленный. Категория надежности электроснабжения дома - ЙЙЙ.

Случаи травматизма на объекте отсутствуют [31].

8.2 Мероприятия по производственной санитарии

Озеленение участка

Участок земли вокруг дома ежегодно обрабатывается: высаживаются культурные растения, обрабатываются деревья и прочие зеленые насаждения, очищаются почвы от сорняков и вредных насекомых, удобряются почвы. «Зелеными» участки обеспечивают гармоничное существование живых организмов различных видов (микроорганизмы, насекомые, мелкие млекопитающие, птицы) и способствуют биологической регенерации прилегающих земельных площадей.

Мероприятия по личной гигиене

В доме предусмотрено горячее водоснабжение и душ. Забор воды на хозяйственные нужды осуществляется из скважины. В доме также предусмотрена местная система канализации, которая отводит стоки воды в специально вкопанную в землю емкость с песчаным дном, через которое уходит влага, и герметичным люком сверху. С периодичностью 0,5 года яму очищают с помощью специальной машины.

8.3 Характеристика микроклимата дома

Температура воздуха в доме поддерживается от 14єС до 20єС в зависимости от выбранного температурного режима. В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения относятся к помещениям без повышенной опасности. Вентиляция предусмотрена естественная (через форточки и воздухоотвод в туалете).

Отопление в доме водяное. Нагрев теплоносителя производится за счёт газового котла. Предполагается создать дополнительный источник обогрева за счёт плёночных электронагревателей (ПЛЭН) (ЭИА0. ЭАП1.00.000 ПЗ).



8.4 Защитные меры в электроустановках

Таблица 8.1 - Характеристика основных помещений по степени опасности поражения электрическим током людей [32,33]

Наименование помещения	Параметры, определяющие опасность поражения
	t воздуха, єС	Относительная влажность, %	Состояние стен, полов	Возможность одновременного прикосновения	Агрессивность среды	Категория помещения
Кухня	+22	50	Сухие	-	-	Без повыш. опасности

Кроме того, дом должен быть оснащен комплектом основных и дополнительных электрозащитных средств для ремонта электрооборудования (таблица 8.2).

Таблица 8.2 - Основные и дополнительные электрозащитные средства

Наименование	Ед. измерения	Количество
Диэлектрические перчатки	пар	2
Диэлектрический коврик	шт.	1
Набор слесарных инструментов с диэлектрическими рукоятками	комплект	1

В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью зануление металлических не токоведущих частей защищают только от одного вида повреждений - «металлического». Ток короткого замыкания в три раза больше, чем ток плавкой вставки близлежащего предохранителя, или в 1,4 раза превышает уставку электромагнитных расцепителей автоматических выключателей до 100 А. От смертельных поражений при случайном касании токоведущих частей и корпуса зануление не только не спасает, но еще больше увеличивает опасность. Поэтому наиболее эффективной мерой защиты людей в аварийных режимах и ситуациях являются устройства защитного отключения, которые находят все более широкое применение как у нас в стране, так и за рубежом. Эти устройства позволяют за время менее 0,4 сек. отключить поврежденный участок линии при появлении тока утечки. Поэтому в настоящей дипломной работе используется устройство защитного отключения А-84.

Устройство защиты бытовое А-84 предназначено для защиты электроустановок, электрооборудования и электрических сетей трехфазного (однофазного) тока напряжением 380/220 В.

8.5 Мероприятия по молниезащите

Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для безопасности людей, сохранения зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, возгораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии.

Атмосферное электричество проявляется в виде линейных и шаровых молний, электрической и электромагнитной индукции от грозового разряда. Ток линейной молнии может превышать 200 кА. «Взрыв» шаровой молнии эквивалентен взрыву 1 кг тринитротолуола. Помимо прямого попадания опасны вторичные проявления грозового разряда. По проводам внутрь здания проникают наводки, образующиеся при ударе молнии в воздушные линии или во время грозового разряда около воздушной линии. Приближение во время грозы к выключателям, розеткам, телевизорам на несколько сантиметров (например: включить освещение, отключить электроутюг, переключить телевизор) опасно для жизни. Известны случаи смертельного поражения людей на расстоянии 2м и более от проводки. При прямом ударе молнии в комплектную трансформаторную подстанцию (ТП) возникает не только пожар, но и возрастает опасность взрыва, что может привести к непоправимым последствиям.

Проектируемый объект попадает в зону со среднегодовой продолжительностью гроз от 30 до 60 часов [32].

Жилые одноквартирные дома в сельской местности относятся к III категории с упрощением защиты. Учитывая насыщенность коттеджа дорогой электронной техникой (цветные телевизоры, холодильники, счетчики, компьютер и др.) и дорогими электробытовыми приборами становиться экономически выгодно делать надежную защиту от атмосферного электричества. Затраты на молниезащиту оказываются меньше, чем на ремонт бытовой техники пострадавшей от грозы.

Прямоугольное здание дома усадебного типа с размерами 11,0Ч9,5 метров предполагается защитить стержневым молниеотводом, расположенном на коньке крыши. Высота конька крыши над землей (Нх) равна 5,2 м. Предположительно возьмем длину молниеотвода 10 метров. Высота конечной точки молниеотвода над землей:

Н = (r_x+1,63•h_x)/1,5, м, (9.1)

где r_x - радиус защиты молниеотвода на уровне высоты объекта.

По теореме Пифагора

= 7,26 м.

Н = (7,26+1,63•5,2)/1,5 = 10,49 м.

Длина молниеотвода

Н_м =10,49-5,2=5,29 м.

Радиус защиты молниеотвода на уровне земли

r_o=1,5•H, м. (9.2)

r_o=1,5•10,49=15,73 м.



4,75

5,5

Необходимо защитить все здание, что и будет являться оптимальной защитой для данного дома. Молниеотвод соединен с токоотводом из стальной оцинкованной катанки. Далее он соединен с искусственным заземлителем, который состоит из пяти вертикальных электродов диаметром 30 мм и длиной 1,2 м, отступающих на 1 м друг от друга, объединенных под землей на глубине 0,7 м горизонтальным электродом.

Анализируя полученные данные, выясняем, что стержневой молниеотвод длиной 5,29 метров может полностью обеспечить защиту дома от попадания молнии.



Рисунок 8.1 - Молниезащита дома усадебного типа в с.Долгодеревенское

8.6 Повторное заземление нулевого провода

Роль повторного заземления нулевого провода сводится к снижению напряжения на корпусе в момент короткого замыкания, то есть к уменьшению тока, проходящего через человека. Идея повторного заземления заключается в том, что в случае обрыва нулевого провода повторное заземление снижает напряжение прикосновения, но не до безопасной величины. Повторное заземление одновременно служит защитой от грозы.

Исходные данные для расчета заземляющего устройства на вводе в здание, выполненного по авторской программе [34]:

- удельное сопротивление верхнего слоя грунта: с₁ = 190 (Ом·м);

- удельное сопротивление нижнего слоя грунта: с₂ = 130 (Ом·м);

- толщина верхнего слоя грунта: H = 2,1 м;

- заглубление соединительной полосы: t = 0.70 м;

- расстояние между электродами: P = 1 м;

- наружный диаметр вертикального заземлителя: d = 0,03 м.

Расчет заземляющего устройства приведен в приложении.

8.7 Мероприятия по пожарной безопасности

Пожарная безопасность в жилых домах обеспечивается системой организационных мероприятий и технических средств, обеспечивающих невозможность возникновения пожара.

В доме предусмотрено два входа, что облегчит эвакуацию людей во время пожара. По своему исполнению дом относится к пожароопасным помещениям Д-II. Для тушения пожаров и возгораний дом снабжается огнетушителями ОХП-10, которые располагаются в легкодоступном месте. Кроме того используются доступные средства - вода и песок [36; 37].

Таблице 8.2 - Средства обеспечения пожарной безопасности

Наименование помещения и объекта	Площадь, м2	Огнетушители, шт	Бочки с водой, шт	Ящик с песком, шт	Лопаты, шт
Жилой дом	84,06	1	-	-	-



9. Технико-экономический расчет

В доме усадебного типа села Долгодеревенское Челябинской области используются различные потребители электроэнергии. Это подсистемы отопления и горячего водоснабжения, освещения, различные бытовые приборы.

Во второй части комплексной дипломной работы рассматривалась электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с разработкой осветительной установки. Для электроснабжения части потребителей дома (освещения и электропитания газового котла) будут использоваться возобновляемые источники электроэнергии, а именно - солнечные батареи.

Кроме того, в дипломной работе были рассмотрены различные источники сета: люминесцентные лампы (ЛЛ), лампы накаливания (ЛН) и светодиодные лампы (СДЛ).

9.1 Исходные данные для расчета фотоэлектростанции (ФЭС)

Исходные данные для расчета ФЭС приведены в таблице 9.1

Таблица 9.1 - Исходные данные для расчета ФЭС

Элементы	Количество, шт.	Срок службы, лет	Стоимостьза единицу руб
Солнечные модули China Land CHN145-36P, 145 Вт, площадью 0.99 м2	7	20	7600
Инвертор СК-ИС -300, 300 Вт	1	20	3200
Контроллер заряда EPVS 6024/6048, 60A	1	20	11300
Аккумуляторная батарея 12В Prosolar RRA-200D, 200 А·ч	3	10	17000
Солнечный кабель FR-Cable, 6 мм2	20 м	20	110
Коннектор MC-4-Y	6 пар	20	500
Автоматический переключатель номинальный ток 40 А, макс. ток 80 А	1	20	12500

9.2 Себестоимость проектируемой ФЭС

Себестоимость проектируемой фотоэлектростанции (ФЭС) можно определить по формуле (9.1)

, руб/кВт ч, (9.1)

где И_сум -сумарные издержки ФЭС, руб.;

- удельная энергия вырабатываемая СМ, кВт•ч.

Капиталовложения ФЭС

Капитальные вложения рассчитываются для всех элементов фотоэлектростанции:

,руб, (9.3)

где К - капитальные вложения, руб.;

К_СБ - капитальные затраты на солнечные батареи, руб.;

К_инв - капитальные затраты на инвертор, руб.;

К_кз - капитальные затраты на контроллеры зарядов, руб.;

К_АБ - капитальные затраты на аккумуляторные батареи, руб.;

К_с,каб - капитальные затраты на солнечный кабель, руб.;

К_кон - капитальные затраты на коннектор, руб.;

К_{авт.пер.} - капитальные затраты на автоматический переключатель, руб.

Используя данные из таблицы 9.1 определим капитальные затраты для каждого элемента ФЭС по формуле (9.4)



, (9.4)

где n - количество i - х элементов, шт.;

С_i стоимость одного i - го элемента, руб.

Результаты расчета капитальных вложений на оборудование ФЭС сведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2 - Смета капитальных вложений на оборудование ФЭС

Перечень материалов и комплектующих	Количество, шт.	Цена за единицу, руб	Общая стоимость, руб
Солнечные модули	7	7600	53200
Инвертор	1	3200	3200
Контроллер заряда	1	11300	11300
Аккумуляторная батарея	3	17000	51000
Солнечный кабель, м	20	110	2200
Коннектор, пар	6	500	3000
Автоматический переключатель	1	12500	12500
Итого	136400

Срок службы оборудования примем равным сроку службы АБ

Т_АБ = 10 лет.

Поскольку стоимость оборудования и запчастей менее 40 т.р.\ед., то амортизация на них не начисляется, а расходы списываются на зап.части единовременно.

Суммарные издержки

И = 136400 руб.

Себестоимость киловатт-часа производимой электроэнергии

, руб/кВт ч, (9.5)



где И_сум -сумарные издержки ФЭС, руб/год;

W_Г -электроэнергия, производимая ФЭС за год, W_г = 823,9 кВт·ч.
За 10 лет 8239 кВт·ч

, руб/кВт ч. (9.6)

9.3 Сопоставление затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Исходные данные для расчета затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Таблица 9.3 - Исходные данные для расчета затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

лампы	тип	цена	количество	сумма
Светодиодные лампы	SvetaLED 11Вт SvetaLED 15Вт SvetaLED 20Вт SvetaLED 25Вт	480 540 580 620	6 4 5 1	2880 2160 2900 620
Люминесцентные лампы	КЛС25/ТБЦ ЛБ13	200 170	15 1	3000 170
Лампы накаливания	БК215-225-75 БК245-225-95 Б235-245-40 Б220-230-40 Б220-230-25	20 20 15 15 12	3 2 1 1 1	60 40 15 15 12

Сравним затраты на покупку и на электроэнергию люминесцентных ламп (ЛЛ), ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (СД).

Светодиодные лампы ( СДЛ)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на СДЛ

К_{з СДЛ} =2880+2160+2900+620 = 8560 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы СДЛ

Т_{сл СДЛ} =N_СДЛ / Т_год , лет, (9.10)

где N_СДЛ -наработка на отказ, N_СДЛ= 50000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл СДЛ} =50000/ 1910 = 26 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении СДЛ рассчитаем по формуле

З_Г = W_г * С_{с эл.э} , руб, (9.11)

где W_г - количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г СДЛ} = 414,63 кВт ч (Приложение, таблица 2);

С_{с эл.э} - себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении СДЛ составят

З_Г = 414,63 * 1,69 = 700,72 руб/год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы

З_С,С = Т_год * З_Г , руб, (9.12)

где Т_год - время работы ламп в году, ч/год ;

З_Г - годовые затраты на электроэнергию, руб/год.

З_С,С = 26 * 700,72 = 18218,84 руб. (9.12)

Затраты на светодиодные лампы представлены на рисунке 9.1.



Рисунок 9.1 - Затраты на светодиодные лампы

По аналогии рассчитаем затраты на электроэнергию для ЛН и ЛЛ.

Люминесцентные лампы (ЛЛ)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на ЛЛ

К_{з ЛЛ} = 3000 + 170 = 3170 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы ЛЛ

Т_{сл ЛЛ} =N_ЛЛ / Т_год , лет,

где N_ЛЛ -наработка на отказ, N_ЛЛ= 10000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл ЛЛ} =10000/ 1910 = 5 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛЛ рассчитаем по формуле (9.11)

З_Г = W_г * С_{с эл.э} , руб,

где W_г - количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г ЛЛ} = 651,42 кВт ч (Приложение, таблица 2);

С_{с эл.э} - себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛЛ составят

З_Г = 651,42 * 1,69 = 1100,9 руб /год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы ЛЛ по формуле (9.12), причем, для сравнения затрат электроэнергии, примем срок службы для ЛЛ такой же, как и у СДЛ

З_С,С = 26 * 1100,9 = 28623,39 руб.

Затраты на люминесцентные лампы представлены на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2 - Затраты на люминесцентные лампы

Лампы накаливания (ЛН)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на ЛН

К_{з ЛН} = 60+40+15+15+12 = 142 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы ЛН

Т_{сл ЛН} =N_ЛЛ / Т_год , лет,

где N_ЛН -наработка на отказ, N_ЛН= 1000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл ЛН} =1000/ 1910 =0,5 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛН рассчитаем по формуле (9.11)

З_Г = W_г * С_{с эл.э} , руб,

где W_г -количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г ЛН} = 1943,91 кВт ч (Приложение, таблица 2) ;

С_{с эл.э} - себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛН составят

З_Г = 1943,91 * 1,69 = 3285,21руб /год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы ЛН по формуле (9.12), причем, для сравнения затрат электроэнергии, примем срок службы для ЛЛ такой же, как и у СДЛ

З_С,С = 26 * 3285,21 = 85415,41руб.

Затраты на люминесцентные лампы представлены на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3 - Затраты на лампы накаливания

Сравнение ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Расчеты, выполненные для светодиодных ламп (СДЛ), люминесцентных ламп (ЛЛ) и ламп накаливания (ЛН), были сведены в таблицу 9.4.



Таблица 9.4 -Характеристики сравниваемых ламп

Характеристика ламп	ЛН	ЛЛ	СДЛ
Частота замены ламп, год	0,5	5	26
Затраты на покупку ламп, руб	142	3170	8560
Годовое количество потребляемой электроэнергии, кВтч	1943,91	651,4	414,63
Себестоимость электроэнергии, руб/кВтч	1,69	1,69	1,69
Годовые затраты на электроэнергию, руб	3285,21	1100	700,72
Затраты на электроэнергию на 26 лет, руб	85415	28623	18218,84

По результатам расчетов (таблица 9.4) представлены сравнительные диаграммы (рисунки 9.4 - 9.6), которые наглядно доказывают, что, хотя затраты на покупку светодиодных ламп больше, чем у ламп накаливания, затраты на электроэнергию и общие затраты при их применении значительно ниже, чем при использовании других ламп.

Рисунок 9.4 - Затраты на покупку



Рисунок 9.5 - Затраты на оплату электроэнергии

Рисунок 9.6 - Общие затраты



Заключение

В комплексной работе были рассмотрены вопросы электрификации и автоматизации технологических процессов в доме усадебного типа. Дом усадебного типа расположен в селе Долгодеревенское Челябинской области. Для него были рассмотрены процессы освещения и электроснабжения, в т.ч. и от альтернативного источника энергии - от солнечных батарей СБ.

Для выбора осветительной установки был произведен расчет освещения для разных типов ламп: для люминесцентных ламп (ЛЛ), ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (СДЛ). Для расчета освещения помещений дома с применением ламп СДЛ была использована программа DiaLux.

Энергию, получаемую от солнечных батарей, предложено использовать для осветительной установки и для электропитания газового котла. На уровне структурной схемы проработана возможность подключения этих потребителей к сети - при отсутствии солнечной радиации.

Произведен выбор оборудования фотоэлектрической станции. Для выбора солнечной батареи СБ определен ее оптимальный угол наклона, который позволяет осуществляться самоудалению снега в зимнее время и вырабатывать электроэнергию, достаточную для потребителей.

Для обеспечения надежного и безопасного проживания в доме была выбрана защитная и коммутационная аппаратура.

В результате сопоставления затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ был обоснован выбор светодиодных ламп для помещений дома.

На сегодняшний день использование СБ экономически невыгодно, так как себестоимость электроэнергии от традиционных источников ниже, чем от возобновляемых. Но себестоимость электроэнергии от традиционных источников электроэнергии повышается, кроме того, растут тарифы на электроэнергию, поэтому за возобновляемыми источниками электроэнергии - будущее.

Список литературы

1 Синельников В. С. Энциклопедия загородного строительства. - М.: Эксмо, 2008.

2 Как построить дом. / Сост. Новосад Н. Г. - Переиздание - Екатеринбург: У-Фактория, 2002.

3 Выпуск № 11: Проектирование электроустановок квартир с улучшенной планировкой и коттеджей (на базе электрооборудования компании Schneider Electric). - 2007.

4 http://akkumulyator-gel.ru

5 Видьманов В.М. Без села - Россию не возродить // Сельское строительство. - 1999. - №1, С. 2-4.

6 Об утверждении отраслевой программы «Основные направления и механизм энергоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве «Российской Федерации» // экономика строительства. - 1998. - №14, с. 58-61.

7 С. Крапивин. Домики в деревне // «Челябинский рабочий» №243 (24131) от 27.12.2001.

8 Захаров А. А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат,1986.

9 Благих В. Т., Хайруллин И. Ф. Проектирование молочных ферм семейного подряда с полной компьютеризацией // Автоматизация технологических процессов в животноводстве: Сб. науч. тр. ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1988.

10 Петров В. И., Фомин А. Г. Энергосберегающие системы освещения зданий // Энергия: экономия техника экология. - 1999 - №5 - с. 18-21.

11 Шмаков Б. В. Техническое задание. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. - Челябинск, ЧИМЭСХ, 1986.

12 Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и .доп. - М.: Знак, 2006.

13 Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г. М. Кнорринга. - СПб.: Энергия, 1992.

14 Баранов Л. А., Захаров В. А. Светотехника и электротехнология. - М.: Колос, 2006.

15 Строительные нормы и правила Российской Федерации (СНиП).

2305-95. Естественное и искусственное освещение. - М.: Стройиздат, 1996.

16 Быков В. Г., Захаров В. А. Методические указания к курсовой работе по проектированию электрических осветительных установок. - Челябинск, ЧГАУ, 2003.

17 Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

18 Baxi Eco3 Compact 240Fi. Руководство по установке и эксплуатации. (Паспорт изделия).

19 СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства».

20 Каталог электротехнической продукции «EKF-electronica». - 2008.

21 СП 31-110-2003.

22 Википедия, статья Возобновляемые источники энергии.

23 Википедия, статья Гидроэнергетика.

24 Википедия, статья Ветроэнергетика .

25 Катамаран «Туранор», принадлежащий компании PlanetSolar, - крупнейшее из когда-либо построенных судов, приводимое в движение солнечными батареями. // Челябинский рабочий. - 2012 - 11 мая.

26 Компания Светоч (http://www.svetdv.ru/).

27 Емельянов А. И., Капник О. В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

28 Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: Монография. Челябинск, 2008.

29 Компания Ваш солнечный дом (http://www.solarhome.ru/ru/index.htm).

30 Гременок В.Ф., Тиванов М.С., Залесский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов «Издательский центр БГУ».- Минск;

2007.

31 Безопасность жизнедеятельности (безопасность труда в сельскохозяйственном производстве) Учебное пособие / Горшков Ю. Г., Лапин А. П. и др. - Челябинск: ЧГАУ, 2008.

32 Методические указания к выполнению раздела «Безопасность труда» в дипломных работах и проектах по специальности 110302 (электрификация и автоматизация сельского хозяйства) / Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В., Николаев Н. Я. и др. - Челябинск: ЧГАУ, 2008.

33 Правила устройства электроустановок. - изд.7-е, перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 2003.

34 Свечников П. Г., Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В., Пискунов М. В. Расчет устройства заземления / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002611662 от 27.09.02.

35 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений: РД 34.21, 122-87 / Минэнерго СССР. - М.: Энергоиздат, 1989.

36 ППБ 01-03 Правила пожаной безопасности в Российской Федерации. - М., 2003.

37 СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений. - М.: Госстрой России, 1997.

38 Практикум по экономике сельского хозяйства / В. Т. Водянников и др.; под ред. В. Т. Водянникова. - М.: КолосС, 2008.

39 Звонарева Л. М., Олейник Н.И., Оленевич О. Ю. Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и выпускные (дипломные). Общие требования к оформлению. СТП ЧГАА 2-2011. - Челябинск, 2011.



ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчет фотоэлектрической установки и экономической части

Таблица 1 - Количество и мощность ламп в помещениях дома

В Вт

№ п/п	Помещение	ЛН	ЛЛ	СДЛ
		Кол-во	Мощность	Кол-во	мощность	Кол-во	мощность
11	Гостиная	6	450	4	100	6	66
22	Спальня 1	2	200	4	100	2	40
33	Спальня 2	2	150	1	40	2	30
44	Столовая	1	75	2	50	1	25
55	Холл	1	40	1	25	1	20
66	Прихожая	1	25	1	25	1	20
77	Кухня	2	200	2	50	2	30
88	Санузел	1	40	1	25	1	20
Всего	16	1180	16	415	16	250

Таблица 2 - Время работы и потребление электроэнергии светодиодными лампами в каждом помещении

Помещение	Гостиная	Спальня 1
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	8	0,53	16,368	8	0,32	9,92
Февраль	8	0,53	14,784	8	0,32	8,96
Март	7	0,46	14,322	7	0,28	8,68
Апрель	6	0,40	11,88	6	0,24	7,2
Май	4	0,26	8,184	4	0,16	4,96
Июнь	2	0,13	3,96	2	0,08	2,4
Июль	1	0,07	2,046	1	0,04	1,24
Август	2	0,13	4,092	2	0,08	2,48
Сентябрь	4	0,26	7,92	4	0,16	4,8
Октябрь	6	0,40	12,276	6	0,24	7,44
Ноябрь	7	0,46	13,86	7	0,28	8,4
Декабрь	8	0,53	16,368	8	0,32	9,92
Всего	63	5,67	126,9	63	2,52	76,4

Продолжение таблицы 2

Помещение	Спальня 2	Столовая
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	4	0,12	3,72	8	0,2	6,2
Февраль	3	0,09	2,52	8	0,2	5,6
Март	3	0,09	2,79	7	0,175	5,425
Апрель	2	0,06	1,8	6	0,15	4,5
Май	1	0,03	0,93	4	0,1	3,1
Июнь	0	0	0	2	0,05	1,5
Июль	0	0	0	1	0,025	0,775
Август	0	0	0	2	0,05	1,55
Сентябрь	1	0,03	0,9	4	0,1	3
Октябрь	2	0,06	1,86	6	0,15	4,65
Ноябрь	4	0,12	3,6	7	0,175	5,25
Декабрь	4	0,12	3,72	8	0,2	6,2
Всего	24	0,72	21,84	63	1,575	47,75

Продолжение таблицы 2

Помещение	Холл	Прихожая
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	4	0,08	2,48	4	0,08	2,48
Февраль	3	0,06	1,68	3	0,06	1,68
Март	3	0,06	1,86	3	0,06	1,86

Подобные документы

• Люминесцентные лампы - путь экономии энергоресурсов

  Изучение наиболее простых методов экономии электроэнергии. Преимущества и принцип работы люминесцентных ламп, проблема их утилизации. Различие между лампами накаливания и люминесцентными. Оценка эффективности практического применения данных ламп.
  
  реферат [49,5 K], добавлен 18.01.2011
  

• Светодиодное освещение

  Сравнение светодиодов с лампами накаливания и люминесцентными лампами. Производство и рынок светодиодов. Примеры проектов практического применения светодиодов для освещения объектов железнодорожного транспорта, промышленности, коммунального хозяйства.
  
  реферат [21,3 K], добавлен 13.02.2013
  

• Проект электротехнической части газовой котельной ОАО "Приозерное" Ялуторовского района Тюменской области с разработкой схемы автоматического управления осветительной установки

  Анализ хозяйственной деятельности ОАО "Приозерное" Ялуторовского района Тюменской области. Электрификация технологических процессов в котельной. Разработка устройства управления осветительной установкой. Расчет осветительной установки и электроприводов.
  
  дипломная работа [3,9 M], добавлен 08.06.2010
  

• Автономная система электроснабжения частного дома с помощью параллельно работающей установки ветрогенератора и солнечных батарей

  Разработка гибридной системы электроснабжения и комплектов, обеспечивающих резервное электроснабжение в доме при пропадании энергии в сети. Преимущества ветрогенераторов и солнечных батарей. Определение необходимого количества аккумуляторных батарей.
  
  презентация [1,4 M], добавлен 01.04.2015
  

• Разработка энергоэффективных рекомендаций для корпуса "Д" Казанского Государственного энергетического университета

  Фактическое состояние использования электроэнергии в корпусе "Д" Казанского Государственного энергетического университета. Пути модернизации системы освещения и замена ламп накаливания на КЛЛ. Эффективность установки датчиков движения и солнечных батарей.
  
  дипломная работа [2,8 M], добавлен 20.10.2013
  

• Электрификация фермы крупного рогатого скота на 200 голов ОАО "Атланта" Минусинского района

  Разработка схемы управления навозоуборочной установкой с выбором пускозащитной аппаратуры. Расчет и компоновка осветительной сети. Расчет внутренних силовых сетей с выбором силового щита и кабелей. Определение годового потребления электроэнергии фермы.
  
  дипломная работа [101,4 K], добавлен 06.01.2015
  

• Электрификация и автоматизация технологических процессов строительства коллектора подземных коммуникаций в условиях ОАО СУ-70 "ГПР-1"

  Инженерно-геологические условия строительства, организационно-технологическая схема его проведения. Механическое оборудование и транспорт, обоснование их подбора. Вентиляторные установки и локомотивная откатка. Принципы автоматизации электропривода.
  
  дипломная работа [2,7 M], добавлен 20.10.2017
  

• Электрическое освещение

  Расчет электроосвещения в минералогическом отделении. Предварительное количество светильников с люминесцентными лампами методом удельной мощности. Расчет электроосвещения в кабинете мастеров и слесарной мастерской. Оценка габаритов помещения столовой.
  
  отчет по практике [784,4 K], добавлен 20.05.2015
  

• Электрификация животноводческой фермы крупного рогатого скота на 2700 голов ЗАО "Агрофирма Луговская" Тюменского района Тюменской области с разработкой системы горячего и холодного водоснабжения

  Системы электроснабжения в сельском хозяйстве. Электрификация технологических процессов на животноводческой ферме. Расчет мощности осветительной установки стойлового помещения. Выбор сечения проводов. Графики нагрузки, защитные меры в электроустановках.
  
  дипломная работа [411,6 K], добавлен 08.06.2010
  

• Электрификация и автоматизация технологических процессов применительно к условиям ГП "Торезантрацит"

  Расчет нагрузки на очистной забой. Обзор подземного транспорта и подъемных установок. Анализ опасностей и вредности в условиях шахты. Расчет схемы электроснабжения подземного участка. Системы автоматизации подъемных машин с приводом постоянного тока.
  
  дипломная работа [641,6 K], добавлен 07.09.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам