Система автономного электроснабжения жилого дома

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Актуальность применения возобновляемых источников энергии

1.2 Возобновляемые источники энергии

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Варианты электроснабжения жилого дома

2.2 Системы электроснабжения, выполненные на базе дизельных электрических агрегатов

2.3 Электроснабжение жилого дома на базе микро ГЭС

2.4 Электроснабжение на базе ВЭУ

2.5 Электроснабжение жилого дома на базе СФУ

2.6 Сравнительный расчет эффективности дизельной электростанции и микро ГЭС

2.7 Выбор типа аккумуляторных батареи(АБ) для жилого дома

2.8 Расчет фотоэлектрических модулей

2.9 Ветроэлектрическая установка

2.10 Структура Ветро-Солнце-Дизельной Энергосистемы

2.11 Синэнергетический эффект

2.12 Выбор оборудования

2.13 Молниезащита объекта

2.14 Расчет зануления

3. ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

3.1. Производство работ в действующих электроустановках

3.2 Средства и способы пожаротушения

4. ЭКОЛОГИЯ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

4.1.Классификация систем мониторинга окружающей среды

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Система энергоснабжения от возобновляемых источников энергии

5.2 Расчет обеспечения частного дома электроэнергией

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Создание автономной системы электроснабжения с повышенной надежностью функционирования имеет большое значение для обеспечения бесперебойного электропитания жилого дома, относящихся к электроприемникам третьей категории. Их электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

В дипломном проекте освещены основные вопросы и характерные особенности автономного электроснабжения жилого дома

Базовым источником являются солнечные панели, дополнительным - ветрогенератор, резервным - дизельный электроагрегат.

В первом разделе пояснительной записки рассматриваются следующие вопросы:

- общие сведения об актуальности и преимущества альтернативной энергетики

- возможные варианты автономного электроснабжения;

Сравнительный расчет эффективности микро ГЭС с дизельным электроагрегатом. Рассмотрены все виды автономного электроснабжения. Выполнены технические расчеты, в соответствии с которыми произведен выбор солнечных панелей, ветроустановок, количества и емкость аккумуляторных батарей и выбрано основное электрооборудование. Рассмотрены вопросы электробезопасности, способы пожаротушения и экономики.

В графической части проекта отображены: план расположения электрооборудования жилого дома, схема ветроустановки.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АБ - аккумуляторные батареи

БЭГ - бензо-электрогенератор

ВРТ - ветровая роторная турбина

ВЭС - ветровая электростанция

ГЭС - гидроэлектростанция

ДГ - дизельный генератор

КЗ - короткое замыкание

ЛЛ - люминесцентная лампа

ЛЭП - линии электропередач

ПДУ - предельно допустимый уровень

ПУЭ - Правила устройства установок

ПЗУ - порционное зарядное устройство

РУ - распределительное устройство

СНиП - Строительные нормы и правила.

СЗУ - солнечное зарядное устройство

СП - солнечная панель

ТЭН - термоэлектрический нагреватель

ОМТ - ограничитель максимального тока

ФЭБ - фотоэлектрические батареи

ЩР - щиток распределительный

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Актуальность применения возобновляемых источников энергии

У Вас есть загородный дом, но нет возможности протянуть к нему линию электропередач (ЛЭП)? Или подключение к централизованным сетям электроснабжения непомерно дорого? А, может быть, лучше сравнить эти 2 варианта -- электроснабжение от ЛЭП и автономное электроснабжение?

Были проведены расчёты. Они показали, что если суммарная мощность Ваших потребителей (электрических нагрузок) не превышает нескольких кВт, а расстояние до точки подключения к сетям централизованного электроснабжения более нескольких сотен метров, то автономная система электроснабжения для Вашего дома может быть более выгодна, чем подключение к сетям.

При этом, нужно учитывать следующие моменты:

При подключении к сетям централизованного электроснабжения, Вы должны будете оплатить стоимость подключения к сетям, стоимость прокладки низковольтной ЛЭП (стоимость колеблется в разных регионах от 10000 до 17000 долларов США за 1 км), а также, платить за потребляемую электроэнергию по расценкам энергосетей.

Хорошо, если таких, как Вы, -- несколько, и Вы можете разделить стоимость подключения и строительства ЛЭП. Если же Вы хотите делать это самостоятельно, Вам потребуется немало денег. Точнее, много.

Другой вариант -- создание собственной автономной системы электроснабжения. Плюсы этого варианта -- Вам не нужно платить за подключение к сетям централизованного электроснабжения и строительство ЛЭП, Вы не зависите от цен на электроэнергию.

Вы сами являетесь хозяином своего оборудования и можете вырабатывать электроэнергию тогда, когда Вам хочется. Минусы -- Вам придётся уделять время на техническое обслуживание и ремонт Вашего оборудования.

Особенно это относится к системе, содержащей дизель - или бензоэлектрический агрегат (как основной или резервный источник электроснабжения). Нужно будет следить за состоянием Вашей аккумуляторной батареи. Минимум обслуживания требуют фотоэлектрические батареи.

1.2 Возобновляемые источники энергии

А что если ЛЭП находится далеко от Вас, и её подключение невозможно или экономически невыгодно?

В этом случае, предлагается установить систему с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Если в вашей местности большую часть года светит яркое солнце, или дуют сильные ветры, или рядом с Вашим домом течёт небольшая быстрая речка (или недалеко от вас есть небольшая плотина), то, даже при существующих ценах, электроснабжение Вашего дома от возобновляемых источников энергии будет более дешёвым вариантом, чем прокладка и подключение ЛЭП.

Мы предлагаем Вам системы электроснабжения с питанием от следующих источников:

- Солнечных фотоэлектрических батарей.

- Ветроэлектрических установок различной мощности.

- Микро ГЭС.

- А также, термоэлектрические генераторы (для питания отдельных осветительных и бытовых приборов).

А если сети нет в принципе? И её подведение -- невозможно или стоит, ну очень больших денег?

В этом случае, наша система будет состоять из следующих компонентов:

Источника бесперебойного питания (ИБП) (со встроенным контроллером заряда АБ).

Аккумуляторной батареи.

Резервного бензоэлектрического генератора, мощностью 1-3 кВт.

Фотоэлектрической батареи (ФЭБ) или ветроэлектрической установки (ВЭУ).

Рисунок 1.1 - Схема автономного электроснабжения дома

Если есть быстрый водоток или перепад воды, можно рассмотреть вариант с использованием микро ГЭС.

Введением в систему резервного бензоэлектрического генератора (БЭГ), мы добивается решения нескольких проблем.

Во-первых, БЭГ используется, как резервный источник электроснабжения.

Во-вторых, от БЭГ можно осуществлять форсированный заряд аккумуляторной батареи, если она разрядилась до опасного уровня.

При этом, БЭГ будет работать с максимальной загрузкой, что обеспечивает минимальное удельное потребление топлива.

В-третьих, появляется возможность кратковременно питать относительно большую нагрузку -- стиральную машину, производственный инструмент (станки и т.п.), утюг и т.д.

На время работы такой нагрузки, Вы включаете БЭГ и питаете Вашу нагрузку напрямую от него.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Варианты электроснабжения жилого дома

В технических решениях рассматриваются автономные системы электроснабжения для одноквартирных и блокированных жилых домов, выполненные на базе автономных источников электрической энергии.

Автономным источником электрической энергии является энергетическая установка, предназначенная для выработки электрической энергии и не входящая в состав энергетической системы.

В качестве автономных источников электрической энергии для одноквартирных и блокированных жилых домов используются:

* дизельные электрические агрегаты мощностью от 2 до 16 кВт;

* ветроэнергетические установки мощностью от 0,5 до 16 кВт;

* солнечные установки с фотоэлектрическими элементами мощностью до 5 кВт;

* микро ГЭС мощностью от 1 до 50 кВт.

Автономные системы электроснабжения для одноквартирных и блокированных жилых домов предусматриваются при отсутствии централизованного электроснабжения или невозможности присоединения к централизованной системе электроснабжения, а также используются в качестве резервной системы электроснабжения.

В электрических установках допускаются к применению оборудование и материалы, выпускаемые как отечественной промышленностью, так и зарубежными фирмами, имеющими сертификат Госстандарта РФ.

Рекомендуемое основное электрическое оборудование для автономных систем электроснабжения с указанием заводов-изготовителей и фирм-поставщиков приведено в каталоге.

Электроснабжение одноквартирных и блокированных жилых домов предусматривается на напряжение 220 В однофазного или 380 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц от стационарных источников электрической энергии.

Источники однофазного тока должны иметь один глухозаземленный вывод, а источники трехфазного тока - глухозаземленную нейтраль.

При использовании передвижных автономных источников электрической энергии режим нейтрали источников электрической энергии и защитные меры должны соответствовать режиму нейтрали и мерам защиты, принятым в сетях стационарных электроприемников жилого дома.

2.2 Системы электроснабжения, выполненные на базе дизельных электрических агрегатов

В автономных системах электроснабжения применяются дизельные электроагрегаты с местным управлением, устанавливаемые стационарно в отдельном здании. Мощность электроагрегата выбирается по расчетной нагрузке жилого дома. В зависимости от типа электроагрегата запуск может выполняться вручную с помощью шнура или стартера. При стартерном пуске в составе электроагрегата предусматривается аккумуляторная батарея.

Отечественной промышленностью серийно производятся трехфазные электроагрегаты мощностью 8 и 16 кВт, начато производство однофазных электроагрегатов мощностью 4 кВт.

Электроагрегаты выпускаются переносного исполнения с изолированной нейтралью. При стационарной установке таких электроагрегатов необходимо выполнить заземление нейтрали, отключить устройство изоляции и проверить чувствительность защиты.

Защита генератора от всех видов повреждений и ненормальных режимов выполняется автоматическим выключателем с максимальными расцепителями или специальным электронным блоком защиты.



G - генератор; QF - автоматический выключатель; РА - амперметр; SA - выключатель пакетный; PI - счетчик активной энергии; F1,F2 - предохранители; УЗО - устройство защитного отключения

Рисунок 2.1 - Электроснабжение жилого дома от ДЭС на напряжение 220 В

Контроль за током нагрузки осуществляется амперметром.

При отсутствии централизованного электроснабжения учет потребляемой электрической энергии может выполняться по желанию владельца установки.

При наличии централизованного электроснабжения и использовании электроагрегата в качестве резервного источника электрической энергии в схеме электроснабжения предусматривается ручное переключающее устройство S-42, исключающее возможность одновременной подачи напряжения в сеть потребителя и в сеть энергоснабжающей организации.



G - генератор; SA1 - выключатель пакетный; SA2 - переключатель пакетный;

PI - счетчик активной энергии; F1-F3 - предохранители; РА1-РА3 - амперметры; УЗО - устройство защитного отключения; QF - автоматический выключатель.

Рисунок 2.2 - Электроснабжение жилого дома от ДЭС на напряжение 380/220 В

Учет электрической энергии, потребляемой от сети централизованного электроснабжения, выполняется с помощью счетчика активной энергии, устанавливаемого на вводно-распределительное устройство жилого дома.

Дизельный электроагрегат размещается в здании I и II степеней огнестойкости. В отношении пожароопасности помещение электроагрегата относится к категории «Г».

Помещение оборудуется принудительной вентиляцией, обеспечивающей удаление окиси углерода и охлаждение электроагрегата в летний период, пожарной сигнализацией, системой отопления, поддерживающей температуру воздуха в помещении не ниже +8°С, общим рабочим и аварийным освещением.



1 - дизельный электроагрегат; 2 - шкаф с вытяжкой для обслуживания аккумуляторных батарей; 3 - шкаф управления приточно-вытяжной вентиляцией; 4 - бак топлива; 5 - газовыхлопной трубопровод; 6 - воздухозаборный трубопровод; 7 - глушители

Рисунок 2.3 - Дизельная электростанция (ДЭС), выполненная на базе электроагрегата АД16-Т400-1ВП

В помещении электроагрегата устанавливаются шкаф, оборудованный вытяжкой с зарядным устройством, шкаф управления системой вентиляции, бак с запасом топлива. Для электроагрегата предусматриваются забор воздуха для образования горючей смеси двигателя и отвод отработанных газов за пределы здания.

Аккумуляторная батарея закрытого типа (стартерная), аппаратура управления и защиты размещаются на одной раме с электроагрегатом.



Рисунок 2.4 - ДЭС на базе блок-контейнера типа «Север»

Блок-контейнер (БК) типа «Север» предназначен для размещения в нем автономных источников электропитания, стационарных автоматизированных дизель-электрических агрегатов и станций мощностью 8-200 кВт, а также другого вспомогательного оборудования. Он обеспечивает надежную работу и эксплуатацию оборудования в экстремальных климатических условиях в диапазоне температур от - 60 до + 40°С.

Таблица 2.1 - Блок-контейнер типа «СЕВЕР» (ТУ 5363-012-2084321-96)

Позиция на рис.	Наименование	Конструктивные особенности
1	Основание контейнера	Сварное из стального проката
2	Каркас	Сварной из стального проката, объединенный с основанием
3	Внутренняя обшивка	Панели из стального оцинкованного листа (d = 0,7 мм) с полимерным покрытием
4	Слой утеплителя	d = 100 мм, из пенополиуретана «Изолан-18», наносится методом напыления
5	Наружная обшивка	Стальной оцинкованный окрашенный профилированный лист, d = 0,7-1,0; С 18, С 20
6	Воздушный зазор 8 = 35 мм	Между наружной обшивкой и утеплителем, что улучшает внутренний температурный режим контейнера
7	Нащельник	Из декоративного металлопласта
8	Входная дверь	Дверной блок из стального гнутого профиля с утеплителем «Изолан-18»

БК «Север» представляет собой сварной несущий контейнер из стального проката, обшитый снаружи оцинкованным гнутым профнастилом марки С15 (С20), изнутри облицованный стальным оцинкованным листом толщиной 0,9 мм с декоративным пластиковым покрытием марки ЭОЦ-П. Слой утеплителя - из полиуретана «Изолан-18» толщиной 80-120 мм нанесен на внутреннюю обшивку методом напыления, что обеспечивает герметичность помещения контейнера.

Пол аппаратной выполняется из ЦСП (24 мм) или ДСП (12-20 мм) с покрытием из полимерного материала, пол под ДЭС и в стыковочном модуле - из стального рифленого листа толщиной 4-6 мм.

БК выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, имеет одну или две двери и проемы для труб, кабелей, вентиляции и кондиционеров и разделен перегородками на несколько помещений.

По желанию заказчика БК может оснащаться автоматизированной системой жизнеобеспечения (отопление, вентиляция, кондиционирование), рабочим и аварийным электроосвещением, охранно-пожарной сигнализацией, автоматизированной системой пожаротушения.

Таблица 2.2 - Основная техническая характеристика

Габариты, мм	6000ґ2610ґ3000
Внутренние размеры, мм	5600ґ2200ґ2510
Вес без оборудования, кг	3100
Максимальная нагрузка на пол, кг/м:
аппаратной	600
дизельной	1000
Максимальная нагрузка на крышу и стены кг/м,	200
Потребляемая мощность СЖО БК, кВт	1,4
Категория (степень) огнестойкости	IIIа

2.3 Электроснабжение жилого дома на базе микро ГЭС

Микрогидроэлектрические станции (микро ГЭС) номинальной мощностью до 50 кВт рекомендуется применять в качестве автономных источников электрической энергии для электроснабжения индивидуальных жилых домов, хуторов, фермерских хозяйств и небольших поселков, расположенных вблизи малых рек, ручьев, прудов и неэнергетических водохранилищ при отсутствии централизованного электроснабжения.

Микро ГЭС могут использоваться на всей территории России, но наиболее целесообразным является применение их в горной и предгорной местностях.

Действующие малые и микро ГЭС на территории Российской Федерации: Кировской обл., Республики Адыгея, Кабардино-Балкарской Республики, Республики Карелия, Республики Тува, Краснодарского края, Ленинградской обл., Карачаево-Черкесской Республики; а также в республиках Грузия, Беларусь, Армения, Латвия, Украина.

При использовании микро ГЭС на равнинной местности необходимым является сооружение плотины, обеспечивающей необходимый напор воды для работы турбины.

При использовании микро ГЭС в местности, имеющей уклон, равный или более 0,04, достаточной является прокладка деривационного трубопровода, обеспечивающего частичный отвод воды от основного русла реки в объеме, необходимом для работы турбины.



Рисунок 2.5 - Уклон потока воды микро ГЭС

Рекомендуется размещать микро ГЭС с номинальным напряжением 400 В переменного тока частотой 50 Гц на расстоянии не более 1 км до жилого дома. В противном случае необходимым является сооружение трансформаторной подстанции напряжением 6-10/0,4 кВ.

Оборудование установки микро ГЭС устанавливается в специальном закрытом помещении, обеспечивающем защиту оборудования от воздействия атмосферных осадков и солнечной радиации.



1 - блок системы регулирования; 2 - устройство балластной нагрузки;

3 - гидроэлектрический агрегат; 4 - запорная задвижка; 5 - подводящий трубопровод;

6 - водозаборное устроство. К - канализационная сеть; В - водопроводная сеть;

W1 - воздушная или кабельная линия напряжением до 1 кВ. (1) - жилой дом;

(2) - хозблок; (3) - здание микро ГЭС

Рисунок 2.6 - План расположения микро-ГЭС деривационного типа

Для систем электроснабжения, выполненных на базе микро ГЭС, резервный источник электрической энергии может не предусматриваться, если стабильная эксплуатация микро ГЭС обеспечивается в любое время года и не зависит от климатических факторов.

Дополнительными преимуществами микро ГЭС являются экологическая чистота и возможность работы в автоматическом режиме без обслуживающего персонала.

G - генератор; QF - выключатель автоматический; А1 - блок системы регулирования; ЕК - балластная нагрузка

Рисунок 2.7 - Принципиальная схема микро-ГЭС

В состав микро ГЭС входят: гидроэлектрический агрегат (гидротурбина, угловой мультипликатор, противоразгонное устройство, генератор, система автоматического управления (САУ), устройство автоматического регулирования, водозаборное устройство с мусорозадерживающим устройством, устройство возбуждения, блок балластной нагрузки.

По напорному трубопроводу вода поступает в турбину и осуществляет ее вращение.

Турбина приводит в действие ротор генератора, установленный на валу турбины. Статорные обмотки генератора с помощью блока регулирования подключаются к сети электроснабжения потребителя. Блок регулирования предназначен для согласования режимов выработки электрической энергии путем подключения балластной нагрузки.

Балластная система представляет собой систему воздушных трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов).

Защита генератора от токов короткого замыкания и перегрузки выполняется автоматическим выключателем с максимальными расцепителями, установленными в трех фазах.

2.4 Электроснабжение на базе ВЭУ

Рекомендуется применять ВЭУ для систем электроснабжения жилых домов в районах, имеющих среднегодовую скорость ветра не менее 5 м/с. Выбор площадки для установки ветроэлектрического агрегата следует производить в соответствии с РД 52.04.275-89 «Проведение изыскательских работ по оценке ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических установок» и СНиП II-12-77 «Защита от шума». При этом следует учитывать, что расстояние от ветроэлектрического агрегата до жилого дома должно быть не менее 30 - 40 м.

Для обеспечения электроснабжением жилого дома в периоды установившегося безветрия в составе ВЭУ предусматривается резервный источник электрической станции - дизельный электрический агрегат.

На представленной блок-схеме ВЭУ автономный источник электрической энергии с помощью блока управления и регулирования и кабелей, поставляемых в комплекте с ветроэлектрическим агрегатом, подключается к распределительному щиту напряжением 0,4 кВ.

С помощью понижающего трансформатора и выпрямителя к распределительному щиту (0,4 кВ) подключается аккумуляторная батарея. Преобразование постоянного тока от аккумуляторной батареи в переменный ток напряжением 220/380 В выполняется с помощью инвертора.

Переключение на резервный источник электрической энергии - дизельный электроагрегат выполняется с помощью пакетного переключателя.

Избыток вырабатываемой электрической энергии (например, в ночное время) используется для приготовления горячей воды.



1 - ветроколесо; 2 - мультипликатор; 3 - генератор; 4 - блок регулирования (БВР-8); 5 - редуктор виндрозный; 6 - башня;7 - виндрозы; 8 - кожух; 9 - токосъемник; 10 - фундамент; 11 - расчалки; 12 - штормовая лопатка; 13 - рукоятка.

Рисунок 2.8 - Ветроагрегат ВТН8-8

Таблица 2.3 - Характеристика мощности в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	4,5	55,0	66,0	77,0	88,0	88,8	9,0-25,0	25,0
Мощность, кВт	0,25	00,8	22,0	33,7	55,9	88,0	8,0	0

Таблица 2.4 -Техническая характеристика «Ветроагрегат» ВТН8-8

Номинальная мощность, кВт	8
Номинальная скорость ветра, м/с	8,8
Максимальная рабочая скорость ветра, м/с	25,0
Минимальная рабочая скорость ветра, м/с	4,5
Предельная скорость ветра, м/с	60,0
Номинальное напряжение, В	400/230
Частота тока, Гц	50
Годовая выработка электрической энергии, кВтЧч, при среднегодовой скорости ветра, м/с:
5,0	18000
6,0	25000
7,0	30000
Диаметр ветроколеса, м	8,45
Количество лопастей	2
Номинальная частота вращения, об/мин	189
Тип регулятора ветроколеса	центробежно-аэродинамический с поворотом лопастей
Способ ориентации на ветер	виндрозный
Высота башни, м	12
Масса агрегата с башней, кг (без фундамента)	800

Ветроэлектрический агрегат типа ВТН8-8 является горизонтально-осевой машиной, у которой плоскость вращения ветроколеса располагается перед башней.

При действии ветра вращение ветроколеса передается на входной вал мультипликатора, связанного с ротором генератора. Генератор с помощью токосъемника, установленного внутри башни ветроагрегата, и кабелей подключается к блоку управления и регулирования типа БВР-8.

Башня ветроагрегата устанавливается на фундаменте и крепится с помощью растяжек.

При изменении направления ветра новая ориентация ветроколеса производится автоматически с помощью виндрозного редуктора, неподвижная часть которого (зубчатое колесо) жёстко связана с башней ветроагрегата, а подвижная часть (корпус редуктора) приводится в движение виндрозами. Вращение винд-роз прекратится при совпадении оси вращения ветроколеса и плоскости вращения виндроз с направлением ветра.



1 - ветроэлектрический агрегат; 2 - блок регулирования БВР;

W1 - воздушная или кабельная линия напряжением до 1 кВ.

(1) - одноквартирный жилой дом; (2) - здание энергетического блока

Рисунок 2.9 - План размещения Ветроагрегат ВТН8-8

Ветроэлектрический агрегат и блок управления (БВР) устанавливаются на приусадебном участке на расстоянии не менее 30 м от жилого дома.

Блок управления, изготавливаемый со степенью защиты 1Р56, устанавливается на стойках рядом с ветроэлектрическим агрегатом. Остальное оборудование ветроэнергетической установки (выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи и др.) устанавливается в отдельном здании энергетического блока совместно с резервным источником электрической энергии - дизельным электрическим агрегатом.

Кабельная линия от блока БВР до энергетического блока может прокладываться в земле, в траншее на глубине 0,7 м от планировочной отметки земли или открыто в стальной или полиэтиленовой трубе на скобах вдоль забора.

От энергетического блока до жилого дома предусматривается прокладка двух воздушных линий, одна из которых подключается к вводно-распределительному устройству жилого дома, а другая - к водонагревателю.

Воздушные линии выполняются изолированными проводами. Расстояние от проводов до пешеходных дорожек должно быть не менее 3,5 м.

Сечение жилы и тип проводов следует выбирать в соответствии с рекомендациями, приведенными в «Руководящих материалах по электроснабжению индивидуальных жилых домов, коттеджей, дачных (садовых) домов и других частных сооружений».

Вводы в жилой дом и в энергетический блок выполняются через трубостойки. Пример выполнения вводов через трубостойки приведен в разделе ДЭС.

В здании энергетического блока аккумуляторные батареи размещаются на стеллажах в отдельном помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Емкость аккумуляторов выбирается из условия обеспечения электроснабжением жилого дома в течение трех часов.

2.5 Электроснабжение жилого дома на базе СФУ

Солнечные фотоэлектрические установки (СФУ) применяются для автономного освещения, электропитания бытовых приборов подъема воды в регионах, расположенных южнее 50° северной широты. Эти установки в России предпочтительно использовать в Астраханской, Волгоградской, Ростовской и Читинской областях, в Краснодарском и Приморском краях, а также на Северном Кавказе, в республиках Дагестан, Калмыкия, Бурятия и Тува.

Эффективность использования СФУ определяется интенсивностью солнечного излучения и климатическими условиями. Первое главным образом зависит от географической широты места, а второе характеризуется числом солнечных дней в году.

Солнце как источник энергии, имеет высокую стабильность. Однако закономерность движения Земли приводит к годовым, сезонным и суточным колебаниям в поступлении солнечной радиации. Кроме того, количество пасмурных дней в нашем северном полушарии увеличивается в осенне-зимний период. Это приводит к тому, что поступление солнечной радиации, а следовательно, и выработка электроэнергии на СФУ изменяется в широких пределах: от 6 кВтЧч/м2 в весенний или летний солнечный день до 0,1 кВтЧч/м2 в зимний пасмурный день.

Необходимо учитывать, что СФУ принципиально не могут работать в темное время суток, поэтому при выборе СФУ в качестве источника электроснабжения приходится принимать во внимание цикличность ее работы.

Целесообразно использовать СФУ в качестве резервного источника электрической энергии при наличии сетей централизованного электроснабжения и в качестве резервного источника для автономных систем электроснабжения, выполненных на базе дизельных электроагрегатов.

Рисунок 2.10 - Состав фотоэлектрической установки



1 - герметик; 2 - стекло; 3 - герметизирующая стенка; 4 - солнечные элементы; 5 - защитная пленка; 6 - корпус

Рисунок 2.11 - Устройство фотоэлектрического модуля

СФУ следует размещать на наиболее интенсивно и длительно освещаемом месте приусадебного участка.

Целесообразным является размещение СФУ на южном незатененном скате кровли жилого дома, что позволит сократить длины соединительных кабелей и проводов, уменьшить объем и затраты на монтажные работы и даст возможность использовать освободившуюся полезную площадь приусадебного участка для других целей.

Комплект СФУ включает: солнечную батарею, зарядное устройство, аккумуляторы и инвертор.

Солнечная батарея состоит из фотоэлектрических модулей, каждый из которых выполнен в виде панели, заключенной в алюминиевый корпус. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. Торцы панели заключены в алюминиевую окантовку и защищены герметиком.

К внутренней стороне модуля прикреплен специальный диодный блок, под крышкой которого размещены три электрических контакта («+1» - плюсовый вывод, «2» - вывод средней точки цепи, «3» - минусовый вывод), предназначенные для подключения модуля. На корпусе модуля имеются отверстия для его крепления.

Модули предназначены для эксплуатации при:

температуре окружающего воздуха от -40°С до +40°С;

относительной влажности воздуха (при t = 25°С) - до 100 %;

атмосферном давлении 84-106,7 кПа.

1 - фотоэлектрический модуль; 2 - опорные балки; 3 - кровля

Рисунок 2.12 - Крепление фотоэлектрических модулей на крутом скате кровли

Таблица 2.5 Техническая характеристика фотоэлектрических модулей

Тип модуля	Максимальная мощность, Вт	Напряжение, В	Ток при Uмакс, А	Ток короткого замыкания, не менее, А	Масса, кг	Габариты, мм
		Макс.	Ном.	холостого хода
МС-110	10	17	12	21	0,61	0,82	1,8	340ґ340 ґ21
МС-215	15	17	12	21	0,88	1,00	2,3	400ґ400 ґ21
МС-325	25	17	12	21	1,60	2,01	5,0	1080ґ287 ґ38
МС-ЗЗО	30	17	12	21	1,80	2,01	5,0	1080ґ287 ґ38
МС-435	35	17	12	21	2,14	2,30	7,0	985ґ450 ґ38
МС-450	50	17	12	21	2,94	3,21	7,0	985ґ450 ґ38
МС-550	50	28	12	36	1,84	2,01	7,2	1080ґ463 ґ38
МС-655	55	17	12	21	3,40	4,02	7,5	1080ґ550 ґ38
МС-660	60	17	12	21	3,68	4,02	7,5	1080ґ550ґ38
МС-665	65	17	12	21	3,96	4,02	7,5	1080ґ550x38
МС-755	55	16,5	12	20,4	3,40	4,02	8,0	1251ґ463 ґ38
МС-760	60	16,5	12	20,4	3,68	4,02	8,0	1251ґ463 ґ38
МС-765	65	16,5	12	20,4	3,96	4,02	8,0	1251ґ463 ґ38
МС-870	70	17	12	21	4,28	4,60	8,9	1150ґ537 ґ38

Рисунок 2.13 - Опора для крепления фотоэлектрических модулей на пологовой кровле жилого дома

Фотоэлектрические модули сохраняют работоспособность после воздействия солнечной радиации с интегральной плотностью светового потока не более 1125 Вт/м2, в том числе при плотности потока ультрафиолетовой части спектра 68 Вт/м2 (при длине волны 280-400 м) и в условиях дождя интенсивностью 5 мм/мин, соляного тумана, снеговой и гололедно-ветровой нагрузки до 2000 Па.

Срок службы модулей не менее 20 лет, гарантийный срок - 10 лет.

Основные технические характеристики фотоэлектрических модулей, серийно выпускаемых заводом «Сатурн» (г.Краснодар), приведены в таблицеице.

Крепление фотоэлектрических модулей на кровле дома выполняется с помощью специальных опор.

Для крепления модулей на крутых скатах кровли применяются опоры в виде продольных балок, выполненных из алюминиевого профиля или деревянных брусьев.

Для крепления фотоэлектрических модулей на плоских крышах применяются регулирующие опоры, позволяющие изменять угол наклона модулей по отношению к горизонтальной плоскости кровли.

Режим СФУ - циклический с периодом в одни сутки.

Мощность СФУ выбирается из условий обеспечения максимального дневного электропотребления жилого дома за получасовой максимум нагрузки и обеспечения заряда аккумуляторов, за счет разряда которых выполняется электроснабжение в темное время суток.

С помощью зарядного устройства обеспечивается контроль за процессами заряда и разряда аккумуляторной установки и ее защита от перегрузки.

Солнечная батарея, собранная из фотоэлектрических элементов, является источником постоянного тока. Преобразование постоянного тока в переменный напряжением 220 В, частотой 50 Гц выполняется с помощью инвертора.

Тип инвертора и его технические характеристики являются исходными данными, определяющими основные параметры СФУ: выходное напряжение солнечной батареи, напряжение аккумуляторной установки, конструкцию и мощность зарядного устройства, сечение жил проводов и кабеля и т.д. Номинальное напряжение фотоэлектрического модуля 12 В.



G - солнечная батарея; GE - фотоэлектрический модуль; GB - аккумуляторная батарея; QS - выключатель; AS - зарядное устройство; UZ - инвертор

Рисунок 2.14 - Электрическая схема электроснабжения на базе СФУ

Как правило, солнечная батарея применяется с выходным напряжением 24 или 48 В постоянного тока, что получается за счет последовательно-параллельного соединения фотоэлектрических элементов.

2.6 Сравнительный расчет эффективности дизельной электростанции и микро ГЭС

ВАРИАНТ 1. Использование микро ГЭС-10

Срок службы микро ГЭС-10 при соблюдении правил эксплуатации не менее 10 лет, т.е. Т = 3650 сут;

Вырабатываемая мощность N = 10 кВт;

Суточная выработка электроэнергии Qс при пользовании электроэнергией в течение 16 ч в сутки (t = 16 ч) и мощности N равна:

Qc = Nґt = 10 кВт ґ 16 ч = 160 кВтЧч.

За весь срок Т будет выработано количество энергии Q.

Q = QcґТ = 160 кВтЧч ґ 3650 = 584 000 кВтЧч.

При стоимости микро ГЭС-278 400руб., включающей цену микро ГЭС (248400 руб.) и стоимость материалов и работ, связанных с установкой микро ГЭС (30000 руб.), стоимость 1 кВтЧч вырабатываемой электроэнергии Сг будет равна:

Сг = 278 400:584 000 = 0,47 руб./кВтЧч (47 копеек за 1 кВтЧч).

ВАРИАНТ 2. Использование микро ГЭС-50

Срок службы микро ГЭС-50 при соблюдении правил эксплуатации не менее 10 лет, т.е. Т = 3650 сут;

Вырабатываемая мощность N = 50 кВт;

Суточная выработка электроэнергии Qс при пользовании электроэнергией в течение 16 ч в сутки (t = 16 ч) и мощности N равна:

Qc = Nґt = 50 кВт ґ 16 ч = 800 кВтЧч.

За весь срок Т будет выработано количество энергии Q.

Q = QcґТ = 800 кВтЧч ґ 3650 = 2 920 000 кВтЧч.

При стоимости микро ГЭС-50 1 136 400 руб., включающей цену микро ГЭС (1 076 000 руб.) и стоимость материалов и работ, связанных с установкой микро ГЭС (60000 руб.), стоимость 1 кВтч вырабатываемой электроэнергии Сг будет равна:

Сг = 1 136 400:2 920 000 = 0,39 руб. /кВтЧч (39 копеек за 1 кВтЧч).

ВАРИАНТ 3. Использование ДС

Для выработки 1 кВтЧч электроэнергии в ДС используется 300 г дизельного топлива (0,0003 т/кВтЧч).

При цене дизельного топлива 26 000 руб. за тонну цена этого количества топлива Сд.т равна:

Сд.т = 26 000 руб./т ґ 0,0003 т/кВтЧч = 7.8 руб./кВтЧч (7.8 рублей за 1 кВтЧч).

В расчете приведены только прямые расходы на топливо при использовании ДС для выработки 1 кВтЧч электроэнергии. Стоимости ДС и работ обслуживающего персонала не учтены.

ВЫВОД: Стоимость электроэнергии при использовании микро ГЭС в 17.7 раза ниже, чем при использовании ДС (0,066:0,012 = 5,5).

2.7 Выбор типа аккумуляторных батареЙ для объекта

Выбор аккумуляторов для системы автономного электроснабжения также вопрос непростой. Обычные автомобильные аккумуляторы здесь применять нежелательно. Во-первых, они не рассчитаны на работу в циклических режимах, т.е. когда аккумулятор отдает энергию понемногу и долго. Во-вторых, любые автомобильные аккумуляторы, даже так называемые «необслуживаемые», при своей работе выделяют вредные газы.

Самым лучшим вариантом для систем автономного и резервного электроснабжения является использование специальных АБ, рассчитанных на циклические режимы работы и регулярный глубокий разряд. Можно применять как АБ с жидким электролитом (серия OpzS), так и герметичные гелевые АБ (серия OpzV). Такие батареи намного дороже автомобильных, но зато, при правильном проектировании системы, гарантируют надежное электроснабжение.

Промежуточным вариантом является использование герметичных батарей, выполненных по AGM или GEL технологии. Эти батареи работают значительно лучше автомобильных аккумуляторов, не выделяют при своей работе вредных веществ, а стоят не намного дороже стартерных батарей.

AGM батареи - герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки. В таком режиме служат до 10-12 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 30%-40% от емкости), то их срок службы сокращается.

Такие АБ используются в UPS; вообще UPS предназначены для аварийного завершения работ, а не для питания нагрузки в постоянном режиме. Поэтому, учитывая что обычно они стоят в офисах, там и ставят AGM и гелевые батареи. Даже если АБ и выйдет из строя преждевременно, все же это во многих случаях дешевле, чем риск потери информации и результатов работы.

Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.

Почти все герметичные аккумуляторы могут на какое-то время устанавливаться на боку. Однако производитель обычно рекомендует устанавливать батареи в «нормальной», вертикальной позиции.

Такие АБ имеют большую, по сравнению со стартерными батареями, толщину пластин электродов, поэтому срок их службы в режиме длительного разряда намного превышает срок работы стартерных батарей.

В связи с этим, в системах на базе возобновляемых источников энергии, а также в системах бесперебойного питания, целесообразно использовать, хотя и более дорогие, герметичные, необслуживаемые АБ. Солнечная батарея, термоэлектрический генератор и небольшой мощности ветроэлектрическая установка вырабатывают сравнительно небольшой ток, поэтому заряд АБ длится много часов и в этом случае подходят даже самые дешевые из необслуживаемых АБ.

Гелевые аккумуляторной батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами с технологией AGM при сохранении всех их достоинств - герметичности, необслуживаемости, практическом отсутствии вредных газовыделений при работе, большой срок службы.

Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также они менее болезненно переносят глубокий разряд. Однако одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора.

Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.

В итоге принимаем аккумуляторы Delta (технология GEL)(рисунок 2.1)

Рисунок 2.15 - Аккумулятор Delta GL

Сферы применения:

*Источники бесперебойного питания

*Гарантированное питание систем связи

*Телефонные станции

*Резервное питание станций сотовой и радиорелейной связи

*Системы солнечной и ветроэнергетики

Общее описание аккумуляторной батареи Delta GL:

Свинцово-кислотные моноблоки Delta серии GL изготовлены по технологии GEL. В качестве электролита используется загущенная серная кислота в виде геля, что обеспечивает устойчивость аккумуляторов Delta GL к глубоким разрядам и высокую температурную стабильность. Расчетный срок службы составляет 5 лет. Аккумуляторы Delta серии GL предназначены для работы, как в буферном, так и в циклическом режимах.

К особенностям и преимуществам этих АБ можно отнести: Устойчивость к глубоким разрядам, температурная стабильность характеристик, исключены утечки кислоты, гарантируется безопасная эксплуатация с другим оборудованием, отсутствует газовыделение, достаточно естественной вентиляции, Нет необходимости в контроле уровня и доливе воды. Корпус выполнен из негорючего пластика ABS.

Срок службы : В буферном режиме: 5 лет. В циклическом режиме: 1300 циклов при 30% глубине разряда.

Температурные режимы : Хранение от -35°С до +60°С .Заряд от -10°С до +60°С .Разряд от -20°С до +60°С

Метод заряда: Заряд постоянным напряжением (25°C) .Циклический режим 14.3-14.5В .Буферный режим 13.4-13.7В

Таблица 2.6 - Технические данные АБ

Тип аккумулятора	U (В)	C (Ач)	Д (мм)	Ш (мм)	В (мм)	вес (кг)
Delta GL12-200	12	200	552	238	240	65

Таблица 2.7 - Состав нагрузки

Наименование оборудования	Кол-во, шт.	Мощность, Вт	Сумм. Мощность, Вт	Время работы в течении суток, ч	Потребление за сутки, кВт*ч
Компьютер	1	150	150	4	0,6
Кондиционер	1	2400	2400	2	4,8
Водонагревательный тэн	1	1800	1800	8	14.4
Бытовой потребитель	2	700	1400	3	4,2
Светильник со светодиодными лампами	4	100	400	4	1,6
Телевизор+стереосистема	1	800	800	4	5,6
Суммарная установленная мощность	5,95 кВт	Суммарное потребление за сутки	31,2

При использовании в качестве источника электроэнергии солнечную панель и ветрогенератор время резервирования будет сосавлять 8 часов.

Для дальнейших расчетов найдем среднечасовую мощность за зимние сутки:

(2.1)

Потребление за 8 часов :

Далее нужно умножить получившееся значение на коэффициент 1,2 учитывающий потери в инверторе:

, Втч (2.2)

Втч

значение входного напряжения инвертора по характеристикам выбранного инвертора 48 В.

Разделив значение потребления энергии за сутки с учетом потерь на напряжение мы получим число Ампер-часов , требуемое для покрытия нагрузки переменного тока:

(2.3)

Определяем количество аккумуляторных батареи :

С учетом того, что максимальный допустимый разряд АБ будет составлять 30% от номинальной емкости(Можно, конечно, разряжать АБ сильнее, но тогда срок службы АБ резко сократится) приблизительная емкость АБ :

(2.4)

Теперь необходимо рассчитать количество, напряжение, способ включения и тип аккумуляторов. При этом надо учитывать, что при параллельном включении аккумуляторов в цепь суммируется емкость (А/ч), а при последовательном напряжение (В).

Количество последовательно соединенных в ряд АБ

n1=48/12 = 4 (2.5):

Количество параллельно соединенных рядов:

(2.6)

Суммарная емкость АБ:

( 2.7)

Общее количество АБ:

N=n1 n2=5х4=20 (2.8)

2.8 Расчет фотоэлектрических модулей

Общая емкость аккумуляторных баратеи:

(2.9)

Учитываем потери на заряд-разряд аккумуляторной батареи (обычно 20% при использовании специальных батарей):

(2.10)

3

Среднее количество пиковых солнечных часов для местности

Ростова-на-дону: 5ч

Требуемое число А ч от солнечных батареи:

(2.11)

5.

Ток фотоэлектрического модуля в точке максимальной мощности (спецификации производителя): 10.35

Определяем количества модулей, соединенных параллельно.

(2.12)

7.Округлить до ближайшего большего целого значения до 23 штуки

8.Номинальное напряжение фотоэлектрического модуля :12В

Выбираем фотоэлектрический модуль ТСМ-180 :

Кремниевый монокристаллический модуль под стеклом в алюминиевой рамке. На обратной стороне находится клеммная коробка. Модуль односторонний

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.

Рисунок 2.16 - фотоэлектрический модуль ТСМ-180

Таблица 2.8- Технические данные фотоэлектрического модуля

Модель	Мощность, Вт	Uхх, В	Uн, В	Im, А	Размеры, мм	Вес, кг
ТСМ-180	180	21	12	10,35	1340x990x38	18

2.9 Ветроэлектрическая установка

альтернативный энергетика дом ветроэлектрический дизельный

Современные ВЭУ - это машины, которые преобразуют энергию ветра в механическую энергию вращающегося ветроколеса, а затем в электрическую энергию.

В настоящее время применяются две основные конструкции ветроагрегатов: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели. Оба типа ВЭУ имеют примерно равный КПД, однако наибольшее распространение получили ветроагрегаты первого типа. Мощность ВЭУ может быть от сотен ватт до нескольких мегаватт.

Ранее в ветроустановках применялись ветроколеса так называемого «активного» типа (карусельного типа, Савониуса и др.), использующие силу давления ветра (в отличие от выше указанных ветроколес, использующих подъемную силу). Однако такие установки имеют очень низкий КПД (менее 20%), поэтому в настоящее время для производства энергии не применяются.

Основные компоненты установки:

- ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором - обычно переменная;

- мультипликатор - промежуточное звено между ветроколесом и электрогенератором, который повышает частоту вращения вала ветроколеса и обеспечивает согласование с оборотами генератора. Исключение составляют ВЭУ малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются;

- башня (ее иногда укрепляют стальными растяжками), на которой установлено ветроколесо. У ВЭУ большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни;

- основание (фундамент), предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре. Кроме того, для защиты от поломок при сильных порывах ветра и ураганах почти все ВЭУ большой мощности автоматически останавливаются, если скорость ветра превышает предельную величину. Для целей обслуживания они должны оснащаться тормозным устройством. Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе устройство, обеспечивающее автоматическую ориентацию ветроколеса по направлению ветра.

Рисунок 2.17 - Основные компоненты горизонтально-осевой ветроустановки

Размер ВЭУ зависит от предполагаемого использования. Основной характеристикой, определяющей размер этих систем, является мощность ветроагрегата. Например, для работы на сеть возможно применение ВЭУ мощностью 50 кВт и выше. ВЭУ меньшей мощности обычно используются как автономные. Например, ВЭУ для электроснабжения жилого дома может быть мощностью от нескольких сотен Вт до 10 кВт в зависимости от нагрузки и энергопотребления. В состав подобных ВЭУ обычно входят АБ, а во многих случаях и дизель-генератор в качестве резервного источника энергии во время длительных периодов безветрия. Небольшие предприятия и удаленные поселки могут использовать ВЭУ существенно большей мощности. Маломощные турбины (менее 1 кВт) могут быть использованы для заряда аккумуляторов и электроснабжения малой нагрузки (связь, освещение, электроинструмент, телевизор и т.п.).

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения могут использовать для преобразования энергии ветра подъемную силу или силу сопротивления. Устройства, использующие подъемную силу, предпочтительнее, поскольку они могут развить в несколько раз большую силу, чем устройства с непосредственным действием силы сопротивления. Последние, кроме того, не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость ветра. Вследствие этого лопасти, на которые действует подъемная сила (ветроколеса), могут быть более быстроходными (быстроходность - отношение окружной скорости элемента поверхности к скорости ветра) и иметь лучшее соотношение мощности и массы при меньшей стоимости единицы установленной мощности.

Ветроколесо может быть выполнено с различным количеством лопастей; от однолопастных ветрогенераторов с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и более). Ветроколеса с горизонтальной осью вращения выполняют иногда фиксированными по направлению, т.е. они не могут вращаться относительно вертикальной оси, перпендикулярной направлению ветра. Такой тип ветрогенераторов используется лишь при наличии одного, господствующего направления ветра. В большинстве же случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так называемая головка), выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветрогенераторов как правило применяются для этой цели хвостовые оперения, у больших - ориентацией управляет электроника.

Для ограничения частоты вращения ветроколеса при большой скорости ветра используется ряд методов, в том числе установка лопастей во флюгерное положение, использование клапанов, установленных на лопастях или вращающихся вместе с ними, а также устройства для вывода ветроколеса из-под ветра с помощью бокового плана, расположенного параллельно плоскости вращения колеса.

Лопасти могут быть непосредственно закреплены на валу генератора, или же вращающий момент может передаваться от его обода через вторичный вал к генератору, или другой рабочей машине.

Перпендикулярное направление действия ветра на установки с горизонтальной осью вращения оказалось малоэффективным, так как также требует использования систем ориентации и сравнительно сложных методов съема мощности, что ведет к потере их эффективности. Они не имеют преимуществ по сравнению с другими типами ветродвигателей с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

Рисунок 2.18 - Карта ветров в России



Рисунок 2.19 - График зависимоти вырабатываемой мощности ветрогенератора от скорости ветра

Вы видите, как сильно возрастает величина мощности ветрового потока при увеличении скорости ветра только на 1м / с. Для дальнейших расчетов найдем среднечасовую мощность за зимние сутки:

(2.13)

Потребление за 8 часов :

Далее нужно умножить получившееся значение на коэффициент 1,2 учитывающий потери в инверторе:

, Втч (2.14)

Втч

Как видно из графика, среднегодовая скорость ветра в г. Ростов-на-Дону равна 7 м/с. Определяем количество вырабатываемой энергии за 8 часов Wвет.

(2.15)

где: V - скорость ветра,м/с

Wм - мгновенная мощность ветроустановки Вт.

Определяем количество ветроустановок

(2.16)

Округляем до ближайшего целого n=2. Для резервной подпитки будет достаточно две ветроустановки ОМ-3000-48 мощостью 3 кВт.

Рисунок 2.20 - ветроустановка ОМ-3000-48 мощностью 3 кВт

2.10 Структура ветро-солнце-дизельной энергосистемы

Основным источником электрической энергии в системе электроснабжения является солнечная панель. Она заряжает АБ в дневное время суток с помощью солнечного зарядного устройства. Еще одним источником электрической энергий является ветрогенератор который преобразует энергию ветра в энергию трехфазного переменного тока. Выпрямитель регулятора заряда преобразует трехфазный ток в энергию постоянного тока, который заряжает аккумуляторную батарею. Ограничитель максимального тока предназначен для защиты порционно зарядного устройства от больших токов. В свою очередь ПЗУ предназначен для того чтоб равномерно распределять разят между АБ. Аккумуляторные батарей осуществляют накопление электроэнергии. К батарее подключается инвертор, который преобразует напряжение 48 В постоянного тока в стандартное синусоидальное напряжение 220 В 50 Гц и обеспечивает питание потребителей базовой станции переменным током.

Рисунок 2.21 - Структурная схема солнце - ветро-дизельного комплекса системы автономного электроснабжения базовой станции спутниковой связи

Регулятор заряда предохраняет АБ от перезаряда. При заряженной батарее избыток электрической энергии контроллер заряда переключает на термоэлектрический нагреватель (ТЭН).

Современные инверторы(«Xantrex» SW) совмещают в себе несколько функций: преобразователь напряжения постоянного тока в переменное, зарядное устройство от сети 220 В 50 Гц или от дизель-генератора, программируемый контроллер, контролирующий напряжение сети, выходное напряжение и входное напряжение с аккумуляторных батарей.

В случае штилевой погоды потребители запитаны также через инвертор, который преобразует напряжение постоянного тока аккумуляторной батареи в напряжение переменного тока. Инвертор контролирует степень разряженности аккумуляторной батареи по величине напряжения. При снижении напряжения батареи ниже допустимого, инвертор выдает команду на включение дизель-генератора(Gesan L10) .После выхода ДГ на рабочий режим, напряжение переменного тока с дизель-генератора подается через инвертор потребителям и, с помощью встроенного в инвертор зарядного устройства, заряжает аккумуляторную батарею, от которой продолжается электроснабжение потребителей постоянного тока. Режим заряда аккумуляторной батареи программируется в контроллере инвертора и им контролируется. При полном заряде аккумуляторной батареи инвертор формирует сигнал на выключение ДГ.