АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ. Автономные системы электроснабжения солнечные

АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Каждый из нас не раз сталкивался с внезапными отключениями электроэнергии, скачками напряжения в сети, выводящими из строя дорогостоящие электроприборы. Альтернативные источники энергии позволят забыть обо всех неприятностях, связанных с перебоями в электроснабжении и, если еще несколько лет назад, из-за высокой стоимости, такие энергосистемы являлись в нашей стране штучным товаром, то прорыв в начале 21 века в технологиях альтернативных возобновляемых источников энергии и, прежде всего, солнечной, значительно повысил доступность систем экологичной энергии. Собственное независимое электроснабжение, без перебоев, шума и загрязнений окружающей среды – вот неполный перечень преимуществ собственных систем, работающих на возобновляемых источниках энергии. Стоимость установки всех «зеленых» систем электроснабжения пока еще довольно высока, но достаточно быстро окупается (в зависимости от местных условий), что послужило одной из причин растущей популярности альтернативных систем энергообеспечения. Разумеется, незнакомые широкому потребителю технологии, отечественное производство, не приспособленное к выпуску компонентов систем достаточного качества и, как следствие, вынужденное использование импортной, более дорогой продукции, тормозят распространение альтернативной, в том числе и солнечной, энергетики в различных регионах России. Как разобраться неспециалисту в новых видах товаров, на какие характеристики обращать внимание? В любом случае необходима консультация профессионалов, обладающих необходимым опытом, которые порекомендуют подходящий именно Вам оптимальный вариант.

Каждый из альтернативных источников энергии (как возобновляемый, так и невозобновляемый) имеет не только преимущества, но и недостатки. У солнечных – высокая стоимость установки, у ветряных – непостоянство ветра, у жидкотопливных (ЖКТ) – стоимость эксплуатации. Поэтому для наибольшей надежности электрообеспечения рекомендуется использовать гибридную систему, объединяющую два, а то и все три вида систем, что позволяет использовать преимущества всех компонентов, полностью нивелируя недостатки.

Солнечные панели в автономных системах электроснабжения обычно применяются для обеспечения сравнительно небольших потребностей в электроэнергии (до 20 кВт), а также в удаленных местах, где отсутствует возможность установки ветрогенераторов. Солнечные панели являются наиболее предпочтительным вариантом в тех случаях, если электроэнергии требуется немного, так как они более надежны в обеспечении энергией, в сравнении с ветроустановками, не нуждаются в установке мачты, да и места занимают меньше и при размещении на крыше практически не видны снаружи, не портят общий вид здания.

Чтобы увеличить общую эффективность автономной системы электроснабжения все чаще используют гибридные системы электроснабжения. Основным источником энергии в гибридной системе является ветряной двигатель и, поскольку он почти в два раза дешевле солнечной панели, устанавливать его имеет смысл, если, конечно, позволяют условия. Набор из фотоэлектрических солнечных панелей является вспомогательным источником энергии, вырабатывающим энергию в периоды длительного «штиля». Введение в состав такой системы дизель-генератора еще более повышает надежность системы, позволяет обезопасить себя от любых капризов погоды. Достаточно распространена практика применения в двухкомпонентной гибридной системе дизель-генератора вместо солнечных панелей, исходя из цены установки. Но, в конечном итоге, такое решение, особенно для маломощных систем неоправдано. Использование солнечных панелей предпочтительней, поскольку они работают постоянно и снижают разрядку аккумуляторов, что продлевает их ресурс.

Такие системы, в состав которых входит и ветрогенератор и солнечная батарея, целесообразно использовать прежде всего потому, что ветер может стихнуть, а солнце бывает почти всегда (Рисунок 1). Для того чтобы фотоэлектрическая система производила электроэнергию, необязательно наличие прямого солнечного излучения, солнечные панели способны улавливать и рассеянный солнечный свет, правда электроэнергии в пасмурную погоду вырабатывается намного меньше.

Рисунок 1. Автономная система электроснабжения, в которую входит ветрогенератор и солнечная батарея

Солнечные панели имеют высокий ресурс, не менее 40 лет, при условии правильной эксплуатации. Даже крупный град, снег и прочие неблагоприятные погодные воздействия не влияют на работоспособность батарей. Минимально необходимое обслуживание – это очистка поверхности панелей от снега и пыли, что увеличивает эффективность улавливания солнечных лучей. Выработку электроэнергии солнечными батареями можно увеличить почти в два раза, если использовать систему слежения за солнцем, т. е. систему, поворачивающую батарею вслед за солнцем в течение всего светового дня.

Гибридные автономные электростанции лучше всего использовать для круглогодичного получения энергии: в зимнее время, когда солнца мало, основная нагрузка приходится на ветроустановку, а в летний период – на солнечные батареи.

Для частного загородного дома обычно применяются гибридные станции с мощностью солнечных батарей от 160 до 1000 Вт и мощностью ветрогенератора 500 или 1000 Вт. Эти гибридные ветросолнечные станции небольшой мощности производит китайский завод Shenshou Wind Driven. Для ветроустановки мощностью менее 500 Вт напряжение на стороне постоянного тока составляет 24В, а для ветроустановок мощностью 1000 Вт – 48 В (Рисунок 2). Подключение к системе солнечных батарей любой мощности осуществляется через контроллер заряда. Ветросолнечные системы позволяют максимально полно использовать альтернативные источники энергии, поскольку комбинация двух источников дает увеличение генерируемой энергии.

Рисунок 2. Ветросолнечная система автономного электроснабжения

Помимо ветрогенератора и солнечных батарей в такую гибридную систему входят аккумуляторные батареи, инвертор и контроллер заряда-разряда. Солнечные панели можно разместить как на крыше дома, так и на специальных стойках в наиболее подходящем месте с максимальной освещенностью. Состав гибридной ветросолнечной системы следующий:

фотоэлектрическая система, состоящая из солнечных модулей, соединенных параллельно-последовательно, преобразует лучистую энергию Солнца в электрический ток постоянного напряжения. При монтаже важно соблюдать пространственную ориентацию и угол наклона солнечных панелей, обеспечивающих максимальную эффективность системы;
ветрогенераторы. Турбины ветрогенераторов устанавливаются на вершине специальной мачты (на высоте 11 или 17 м), где ветер имеет максимальную скорость. Служат преобразователями кинетической энергии воздушных потоков в электрическую энергию;

контроллер преобразует напряжение, поступающее от солнечной батареи и ветрогенератора в адаптированное к аккумуляторной батарее напряжение;
аккумуляторные батареи состоят из одного или нескольких элементов (блоков), образующих аккумуляторную батарею необходимой емкости и напряжения;
инвертор, служащий преобразователем постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное, необходимое для запитывания большинства электронагрузок. Выходная мощность инвертора является выходной мощностью всей ветросолнечной системы;
нагрузка – это совокупность потребителей электроэнергии, запитываемых, как правило, переменным напряжением инвертора и, при наличии нагрузок постоянного тока, постоянным напряжением аккумуляторной батареи.

Гибридная ветросолнечная система рассчитана на обеспечение энергией потребителей 220 В/50 Гц.

Желательно при достаточной площади участка и отсутствии преград в окружающем рельефе установить автоматическую следящую систему за положением солнца по азимуту.

Ветросолнечная система может применяться как в качестве автономного источника электроэнергии, так и может быть резервной системой электроснабжения. Гибридные ветросолнечные системы рассчитываются согласно данным по потребляемой мощности, а также солнечного и ветрового потенциала региона.

В качестве резервного источника электроснабжения в фотоэлектрическую или ветросолнечную систему может вводиться дизель- или бензогенератор (Рисунок 3). Состав гибридной системы в общем случае будет следующим:

фотоэлектрическая батарея или ветроэлектрическая станция. Если поблизости есть водопад, плотина или просто речка с быстрым течением, то возможно использование микроГЭС;
резервный бензо- или дизельгенератор мощностью 3-20 кВт;
блок бесперебойного питания со встроенным контроллером заряда-разряда АБ;
АБ;
электронагрузки.

Рисунок 3 – Солнечная электростанция с резервным источником электроснабжения

ЖТГ (жидкотопливный генератор) может использоваться как резервный источник электроснабжения, когда вырабатываемой мощности не хватает, например в часы пиковой нагрузки, либо в вечернее время. Кроме этого, от ЖТГ можно производить экстренный заряд аккумуляторной батареи, в случае ее разрядки до опасного уровня. Если требуется кратковременно подключить нагрузку большой мощности (стиральную машину, станок) и др., то на это время целесообразно подключить Ваш жидкотопливный генератор и питать нагрузку от него. При этом одновременно происходит подзарядка аккумуляторов. Остальное время нагрузка питается, как обычно, через инвертор от аккумуляторной батареи. Для максимального использования энергии, в случаях включения в систему ЖТГ, возможно помимо электроэнергии получать дополнительное тепло, производимое работой ЖТГ. Для этого на выхлопную трубу устанавливают теплообменник либо предусматривают отбор тепла от охлаждающей ЖТГ жидкости. В этом случае получается, так называемая, когенерационная установка, которая производит не 20-30 процентов энергии (когда вырабатывается только электричество), а 70-90% в совокупности, учитывая использование тепловой энергии, выделяемой при работе ЖТГ. Автономные электростанции, основанные на применении только дизельгенераторов, не рассчитаны на неравномерность потребления, которая бывает максимальной в определенные пиковые часы и минимальна в утреннее время суток. Колебания выдаваемой мощности, регулярные включения-выключения быстро выводят из строя генератор, способствуют уменьшению его ресурса. Работа дизель- или бензогенератора в качестве резервного источника электроснабжения в гибридной системе является оптимальным решением. При наличии ясной погоды или ветра в гибридной системе работает ветросолнечная система, заряжая при этом аккумуляторы либо питая потребителей. Когда системы на возобновляемых источниках (солнечные батареи и ветроустановки) начинают выдавать недостаточное количество мощности, включается дизельгенератор, компенсируя недостаток.

Экономия топлива, уменьшение затрат на его транспортировку, которые увеличиваются с удаленностью от центральных систем энергообеспечения, бесшумность, поскольку дизель-генератор будет включаться лишь в удобное для потребителя время и, конечно, увеличение надежности всей системы электроснабжения – вот основные преимущества применения гибридной системы. Немаловажное значение имеет и экологический фактор: применение фотоэлектрической системы либо ветрогенератора или ветросолнечной установки даже в дополнение к существующей системе на традиционных видах топлива внесет свой вклад в экологическую чистоту вашей энергосистемы.

Приведем примеры типовых гибридных систем автономного электроснабжения.

«Малый гибридный» 2,6 кВт

Эта ветросолнечная система предназначена для работы осветительных приборов, электробытовых приборов, ЖК телевизора, телефонов, зарядных устройств, ноутбука и других потребителей средней мощности. Мощность ветрогенератора составляет 2 кВт, а солнечных панелей – 585 Вт. В месяц такая система производит около 600 кВт.ч. электроэнергии, что вполне обеспечивает нужды небольшой семьи. Ветросолнечная система «Малый гибридный» является наиболее оптимальным вариантом в соотношении цена-качество. В случае безветренной погоды, электроэнергия вырабатывается лишь параллельно работающими солнечными панелями, которые производят электроэнергию независимо от ветра. При этом также уменьшается глубина разрядки аккумуляторов, что способствует продлению срока их службы. Комплектация системы следующая:

солнечная панель FG-195 – 3 шт;
комплект ветрогенератора HFWH-2 с гибридным контроллером;
аккумуляторы 12V200AH – 8 шт.

«Стандартный гибридный» 5+1,5 кВт

Подобная стандартная ветросолнечная система наиболее востребована среди владельцев загородных домов и коттеджей. Состоит из ветрогенератора мощностью 5 кВт и солнечных панелей суммарной мощностью 1,5 кВт. Вырабатывает не менее 1500 кВт.ч. в месяц, что позволяет обеспечить потребности в электроэнергии практически любой семьи. Основная комплектация системы:

солнечная панель FG-250 – 5 шт;
комплект ветрогенератора HFWH-5 с гибридным контроллером;
аккумуляторы 12V200AH – 20 шт.

«Большой гибридный» 10+3 кВт

Эта большая ветросолнечная система обеспечит потребности в электричестве любого по размеру коттеджа. Состоит из ветрогенератора мощностью 10 кВт и солнечных панелей общей мощностью 3 кВт. Вырабатывает не менее 3000 кВт.ч. в месяц, что позволяет обеспечить электричеством 5 средних по составу семей или небольшое производственное предприятие.

Комплектация:

солнечная панель FG-250 - 12 шт.;
комплект ветрогенератора HFWH-10 с гибридным контроллером ;
аккумуляторы 12V200AH - 32 шт.

«Большой гибридный-2» 20+6кВт

Состоит из ветрогенератора мощностью 20 кВт и солнечных панелей суммарной мощностью 6 кВт. Вырабатывает не менее 6000 кВт.ч. в месяц, что вполне достаточно для обеспечения электроэнергией 10 средних по составу семей или небольшого промышленного предприятия.

Основная комплектация системы:

солнечная панель FG-250 - 12 шт;
комплект ветрогенератора HFWH-20 с гибридным контроллером;
аккумуляторы 12V200AH - 32 шт.

Список литературы:

Кирюшатов А.И Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве. М.: - Агропромиздат, 1991. – 96 с.
Никитенко Г.В., Коноплев Е.В. Ветроэнергетические установки в системах автономного электроснабжения. – Ставрополь: АГРУС, 2008. – 152 с.
Никитенко Г.В., Коноплев Е.В., Коноплев П.В. Обоснование структуры системы автономного электроснабжения // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве (Ставрополь, 10—15 марта 2011 г.). – Ставрополь, 2011. - С.137–143.
Никитенко Г.В., Коноплев Е.В., Коноплев П.В. Ветроэнергетическая установка // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве (Ставрополь, 10—15 марта 2011 г.). – Ставрополь, 2011. - С.143–145.

Никитенко Г.В., Коноплев Е.В., Коноплев П.В. Электроснабжение потребителей с использованием автономной ветроэнергетической установки // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве (Ставрополь, 19—23 апреля 2010 г.). – Ставрополь, 2010. - С.165–167.
Никитенко Г.В., Коноплев Е.В., Коноплев П.В. Режимы работы систем автономного электроснабжения потребителей // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве (Ставрополь, 19—23 апреля 2010 г.). – Ставрополь, 2010. - С.167–171.
Степанова В.Э. Возобновляемые источники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М.: - Агропромиздат, 1989. - 112с.
Усаковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. М.: - Россельмашиздат, 1986. – 126 с.

sibac.info

АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Вопрос о самостоятельном обеспечении своего дома электроэнергией с каждым годом становится все острее. Поэтому мы предлагаем рассмотреть, как сделать резервное автономное электроснабжение своими руками и как быстро окупится его цена.

КАКИЕ БЫВАЮТ АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Электроэнергия, которая необходима для питания дома, должна вырабатываться бесконечно и при любых условиях, это ключ нормальной жизнедеятельности. Источник энергии должен быть предпочтительно возобновляемым и безвредным по отношению к окружающей среде или людям, работающим под ним. Среди базовых источников энергии числятся:

биомасса,
вода,
геотермальная энергия,
ветер,
солнечная энергия.

АВТОНОМНОЕ СОЛНЕЧНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЗАГОРОДНОГО ДОМА, ДАЧИ, КВАРТИРЫ, КОТТЕДЖА, ГАРАЖА

Солнечная энергия часто используется для производства электричества. Два типичных метода преобразования солнечной энергии в электричество:

Фото-вольтовые клетки, которые организованы в панелях и работают для концентрации солнечной энергии, используя зеркала, чтобы сгенерировать солнечный свет в определенном направлении, либо нагреть жидкость, которая проходит через паровые турбины электрического генератора или теплового двигателя,
Фото-ячейки. Энергия, создаваемая фотоэлектрическими элементами (размещенными на крыше) является постоянным ток и должна быть преобразована в переменный ток, прежде чем он будет использована в домашнем хозяйстве. Электроснабжение на солнечных батареях — это автономные устройства, которые имеют потенциал, и являются экономически более эффективными, чем модернизированные источники солнечной энергии.

Недостаток, заключается в том, что они могут прерывать свою работу в течение дня, их достаточно сложно ремонтировать или очищать от грязи. Современные солнечные батареи работают около 40 лет, что делает их разумными инвестициями во многих областях производства. Это наиболее выгодный вариант автономизаци дома самостоятельно, про что мы подробно писали в статье о солнечных батареях.

Солнечные батареи

Часто для того, чтобы индивидуальное электроснабжение и теплоэлектроснабжение могло накапливать постоянный ток, используются аккумуляторы, сварочные инверторы AC / DC или когенератор. Чтобы получить максимальную отдачу из солнечной панели, угол падения Вт солнца должен быть между 20-50 градусов. Солнечная энергия, проходящая через фотоэлектрические ячейки – дорогой способ освоения возобновляемых источников энергии, но самый безопасный и бесперебойный.

Преимущества:

Может быть портативным;
Легок в использовании на индивидуальной основе;
Не нужны специальные документы для разрешения пользования;
Можно устанавливать практически везде, хотя наиболее выгодными являются жаркие и засушливые районы.

Использование мощных солнечных станций эффективно в условиях масштабного производства. Так окупаемость наступит уже в ближайшие несколько лет. В среднем для установки одной солнечной батареи необходимо затрать до 5 тыс. долларов, для установки станции – до 15.

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГИЯ

Там, где нет солнца, есть ветер. Энергия ветра взята через турбины, установленные на высоких башнях (обычно от 3 метров до 6 с диаметром до 3 см), благодаря чему автономные ветряки используют инвертора для переработки энергии и электроснабжения дома. Как правило, они требуют в среднем скорость ветра 14 км/ч, но обеспечивают себя энергией и близлежащие здание неограниченный отрезок времени.

Ветрогенератор

Ветровые турбины в городских районах, должны быть установлены не менее чем 10м в воздухе, чтобы получить достаточно ветра и оградиться от близлежащих препятствий (соседнего жилого дома, гаража и т.д.). Монтаж ветровой турбины также могут потребовать разрешение от властей. Ветровые турбины подвергнуты критике за шум, который они производят, их внешний вид, и тот аргумент, что они могут влиять на миграционные процессы птиц (их лезвия могут препятствовать прохождению пернатых в небе).

Ветровое автономное бесперебойное электроснабжение намного реальнее для частного загородного дома, нежели квартиры. Они являются одним из наиболее экономически эффективных форм возобновляемых источников энергии и занимают первое место среди подобных устройств по окупаемости.

ЭНЕРГИЯ ВОДЫ

Если энергия ветра не подходит, но рядом протекает речка или просто есть озеро, то советуем использовать для автономного электроснабжения водяные источники энергии. В больших масштабах, гидроэлектроэнергия, в виде дамб, имеет неблагоприятные экологические и социальные последствия. Но при небольшом размахе проекта это является достаточно реальным и выгодным вариантом.

Энергия воды

Одна водяная турбина или даже группа отдельных турбин не являются экологически или социально разрушительными. На индивидуальной бытовой основе, одиночные турбины, единственный экономически доступный маршрут (но может иметь высокие сроки окупаемости и является одним из наиболее эффективных методов производства возобновляемых источников энергии). Она чаще встречается для эко-деревни, чтобы использовать этот метод, а не особой семьи. Электроснабжения на генераторе воды – это автономное обеспечение любого здания (коттеджа или квартиры) светом и теплом.

Микротурбины очень просты в эксплуатации, документы на установку обойдутся в 1000 долларов, сами механизмы – 2000-6000 у.е.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Производство геотермальной энергии включает контроль горячей воды или пара ниже земной поверхности, в водоемах, для производства энергии. Поскольку горячая жидкость или конденсат, который используется при обратной закачке в пласт, постоянен, этот источник считается самым устойчивым.

Геотермальные электростанции

Тем не менее, те, которые планируете получать электроэнергию из перепадов температур, нужно знать, что есть различия в сроках службы каждого геотермального резервуара. Некоторые ученые считают, что их продолжительность работы, естественно ограничена – они остывают в течение некоторого времени, что делает производство геотермальной энергии в конечном итоге невозможным. Этот метод часто используют крупномасштабные производства, предприятия, которым необходимо наличие бурового оборудования.

На этих бурах есть небольшие геотермальные механизмы, которые распознают глубину бурения и температуру коры Земли. Когда тепло получено и отправлено на геотермальные тепловые насосы W системы, расположенные внутри укрытия или объекта, запускается работа генератора и узлов преобразования энергии.

Геотермальной энергия доступна повсюду на Земле, особенно Филиппины, Гавайи, Аляска, Исландия, штат Калифорния и Невада используют для работы ТЭЦ эту энергию.

БИОМАССА И ЭНЕРГИЯ

Мощность биомассы имеет любой биологический материал (жмых Вт, биогаз, навоз, солома Вт, растительное масло, дерево и т.д.), который сжигается в качестве топлива. Единственным недостатком метода является углеродный след после горения, а также выброс в атмосферу соединений серы и азота.

Работник на тепловой станции засыпает топливо в котел

Раньше многие электростанции и котельные работали именно от преобразования энергии тепла в ток, например, тепловозы, теплогенераторы больниц. Таким способом можно при правильном подборе топлива и оборудования можно эффективно обеспечить освещением несколько районов города, производственных объектов.

Тепло вырабатывается потому, что биологический материал сжигается, освобождает такое же количество углекислого газа, что, потребляется им в течение всего срока службы. Это не очень выгодный по экономическим соображениям способ автономного обеспечения дома электроэнергией. Топливо дорогое, газогенераторы тоже.

Автономное дизельное и газовое электроснабжение в таком случае, будет выгодным и окупаемым только в случае использования уже переработанных отходов и источников энергии, скажем, метана, пропана, перегноя и т.д. Это так называемое гибридное снабжение энергией. Главным его достоинством является то, что благодаря широкому диапазону топлива, возможен разлет между вырабатываемой энергией от 1 мВт до десятков кВт.

Купить устройства для создания системы автономного электроснабжения или же готовые приборы можно практически во всех крупных городах Украины, Казахстана и России: Москва, Киев, Харьков, Воронеж, Екатеринбург, Алмата, Тверь, Санкт-Петербург и прочих.

ВЫГОДНО ИЛИ НЕТ

Чтобы точно ответить на вопрос, насколько выгодна схема, по которой производится автономное электроснабжение дома, нужно произвести расчет. Готовые системы (даже производства Китай, к примеру фирмы xantrex) для обеспечения энергией, обойдутся дороже, чем самодельное устройство. Предположим, что мы затратили на все 1000 долларов, но за свет платим в месяц 30 у.е. Получится, что в среднем наша установка окупится в течение почти 3 лет.

profiy.ru

Выбор солнечных батарей для автономной системы электроснабжения

Развитие человечества на современном этапе невозможно представить без огромного количества нефтяных, газовых и энергетических компаний, главная задача которых – снабжать полезной энергией население и предприятия на нашей планете. Большинство таких компаний попросту перерабатывает и продает природные ресурсы, которые, как известно, распределены на Земле не равномерно. Существует лишь несколько регионов, где активно развивается добыча нефти, газа и угля. В подавляющем же большинстве стран такие полезные ископаемые отсутствуют, поэтому они вынуждены либо покупать энергию (напрямую или через топливные ресурсы), либо заниматься поиском альтернативных источников получения энергии.

Наибольшего развития в технологии производства энергии за счет альтернативных источников получения энергии получили солнечные электростанции. Для этого есть несколько причин. Во-первых, солнечная энергия относительно равномерно распределена по всей планете, поэтому регионов с полным отсутствием данного источника энергии попросту нет. Во-вторых, для получения энергии Солнца не требуется дорогостоящая разработка месторождений и непосредственно добыча топлива из недр Земли. В-третьих, система электроснабжения на основе солнечных батарей или система подогрева воды с использованием солнечных коллекторов достаточно проста и может быть собрана на заднем дворе дома буквально за пару часов (при наличии соответствующих компонентов).

Существуют различные технологии производства солнечных батарей. Многие группы ученых и в наши дни занимаются вопросами удешевления и повышения энергоэффективности солнечных панелей, определяемого коэффициентом фотоэлектрического преобразования (КФП), показывающего, какая доля солнечной энергии в процентах преобразуется в электричество. Показатели КФП для солнечных батарей различных типов приведены ниже в таблице.

Для установки солнечных панелей на крыше своего загородного дома можно воспользоваться услугами специалистов в этой отрасли, либо самостоятельно рассчитать и подобрать все необходимые компоненты системы автономного электроснабжения на основе солнечных батарей. Главный параметр при построении такой системы – это количество потребляемой электроэнергии. Для примера ниже приведены несколько вариантов систем электроснабжения на основе солнечных панелей с указанием конкретных компонентов системы для различных уровней энергопотребления.

Более подробную информацию обо всех элементах системы электроснабжения на основе солнечных батарей можно найти в следующих статьях:

Аккумуляторы для солнечных батарей: типы, основные характеристики Контроллеры заряда для солнечных батарей Инверторы для солнечных батарей: назначение, устройство, принцип действия

Основа любой подобной системы – это солнечная батарея. Однако по стоимости электронные компоненты, такие как контроллер управления, контроллер заряда и инвертор, будут существенно дороже самих солнечных батарей. Цены солнечных модулей отечественного производства приведены ниже.

Тип солнечной панели, ее размеры и необходимое количество солнечных панелей определяется исходя из инсоляции для своего региона (приведена ниже в таблице) и коэффициента фотоэлектрического преобразования. Указанные параметры перемножаются с планируемой площадью, которую будут занимать солнечные панели, и получаем мощность, которую мы сможем получить от выбранного типа и количества панелей. Сравнив этот показатель с энергопотреблением в доме можно сделать вывод о целесообразности установки и использовании солнечных панелей, с учетом всех расходов на дополнительные компоненты системы и монтаж.

Статьи по теме: Солнечные батареи: конструкция и принцип действия Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж Бытовая солнечная электростанция своими руками

ukrelektrik.com

автономная система электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки - патент РФ 2479910

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к непрерывно следящим за Солнцем солнечным установкам как с концентраторами солнечного излучения, так и с плоскими кремниевыми модулями, предназначенным для питания потребителей, например, в районах ненадежного и децентрализованного электроснабжения. Технический результат - повышение эффективности автономной системы электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки. Совместно включают две параллельные замкнутые цепи систем электроснабжения потребителя и приводов слежения за Солнцем. Система электроснабжения автономного потребителя содержит замкнутую цепь из последовательно соединенных солнечной фотоэлектрической установки (1), контроллера заряда-разряда (2), блока аккумуляторных батарей (3), инвертора (4), блока сбора и обработки данных (5), потребителя мощности (6). Система электроснабжения приводов слежения за Солнцем представляет замкнутую цепь из последовательно соединенных солнечной фотоэлектрической установки (1), контроллера заряда-разряда (7), блока аккумуляторных батарей (8), блока управления системой электропитания двигателей (9), блоков питания и управления приводов двигателей (10) и (11), двигателей слежения за положением Солнца в азимутальной и зенитальной плоскостях (12) и (13). 5 з.п. ф-лы, 4 ил. автономная система электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки, патент № 2479910

Рисунки к патенту РФ 2479910

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к непрерывно следящим за Солнцем солнечным фотоэлектрическим установкам (СФЭУ) как с концентраторами солнечного излучения, так и с плоскими кремниевыми модулями, которые могут найти применение в солнечных электростанциях для получения электроэнергии из солнечного излучения, а также в системах электроснабжения различных потребителей.

В настоящее время солнечная энергетика развивается рекордными темпами. Ежегодный прирост суммарной установленной мощности фотоэнергоустановок в мире превышает 50%. Вырабатываемая установками электрическая мощность определяется техническими характеристиками модулей, входящих в ее состав, а также поступлением солнечного излучения на их световоспринимающую поверхность. Известно, что наклонное падение лучей существенно снижает плотность потока солнечного излучения, приходящего на поверхность модуля, а значит и вырабатываемую им мощность. Решением этой проблемы может стать использование установок, в которых предусмотрена возможность непрерывного слежения за положением Солнца на небосводе в течение дня. Слежение или поворот световоспринимающей поверхности установки за Солнцем осуществляется с помощью двигателей и системы редукторов, точное позиционирование СФЭУ в пространстве контролируется компьютерным управлением и непосредственно размещенными на СФЭУ датчиками слежения за Солнцем. Питание системы слежения обычно осуществляется от электрической сети, однако в некоторых случаях подсоединение к сети затруднено или невозможно, например, когда СФЭУ работает в составе автономной системы электроснабжения потребителей в районах с ненадежным и децентрализованным электроснабжением, а также когда СФЭУ функционирует в составе крупной электростанции, в этом случае электроснабжение от сети систем слежения, разнесенных на значительные расстояния установок, дорого и характеризуется большими потерями. Актуальной задачей является разработка энергоэффективной и надежной автономной системы электроснабжения механизмов слежения за Солнцем в условиях отсутствия возможности подключения к централизованной энергосети.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка, в которой система слежения за Солнцем обеспечивается от плоских кремниевых фотоэлектрических модулей типа МС-40 (см. патент RU 2210038, МПК F24J 2/14, F24J 2/18, опубликован 10.08.2003). Установка включает несущую конструкцию, закрепленные на ней двухплечий рычаг и цилиндрический концентратор из набора плоских зеркальных фацет, линейный приемник концентрированного излучения, установленный на рычаге по фокусной линии цилиндрического концентратора, и систему наведения. С тыльной стороны каждой плоской зеркальной фацеты установлена прямоугольная призма, ребро при прямом угле которой совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты. Одна из двух граней призмы, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты. На вторую грань прямоугольной призмы нанесено отражающее покрытие. В зеркальном покрытии плоской фацеты выполнено окно по форме проекции отражающей грани прямоугольной призмы на плоскость фацеты в ходе лучей, параллельных оптической оси цилиндрического концентратора, падающих на тыльную сторону каждой фацеты. Система наведения производит ориентацию параболоцилиндрического концентратора на Солнце по углу места.

Установка обеспечивает повышение эффективности и оперативности взаимной юстировки плоских зеркальных фацет с принимающей поверхностью линейного приемника. Недостаток известного решения заключается в том, что работа двигателей приводов слежения сопровождается большими пусковыми токами.

Известна автономная фотоэлектрическая система электроснабжения на основе автономных гелиостатов, каждый из которых включает отражательную поверхность, фотовольтаическую панель, систему слежения за положением Солнца, блок аккумуляторных батарей, контроллер с беспроводным приемником (см. заявка US 2009/0260619, МПК F24J 2/38, G05D 3/00, H01L 31/042, опубликована 22.10.2009). Гелиостаты осуществляют непрерывное слежение за положением Солнца, отражают солнечные лучи на центральное устройство преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Для электроснабжения и обеспечения автономной работы гелиостата при отсутствии подключения к централизованной энергосети предлагается два возможных варианта:

- гелиостат отражает вторую порцию излучения на смонтированный рядом фотоэлектрический модуль, вырабатывающий электроэнергию;

- фотоэлектрический модуль расположен за отражающей поверхностью гелиостата, выполненной из дихроичного зеркала, которое позволяет передавать вторую порцию излучения на модуль.

Недостаток известной автономной фотоэлектрической системы электроснабжения заключается в том, что для производства электроэнергии в системе электроснабжения приводов слежения используются низкоэффективные кремниевые и тонкопленочные модули, а также в том, что в системе отсутствует устройство контроля режимов заряда-разряда аккумуляторной батареи, что может привести к ее преждевременной деградации и выходу из строя.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является автономная фотоэлектрическая система электроснабжения (см. патент RU 2414037, МПК H02J 7/35, опубликован 10.03.2011), принятая за прототип. Известная автономная фотоэлектрическая система электроснабжения состоит из солнечной фотоэлектрической установки, регулятора напряжения, потребителя мощности и резистора, а также зарядного и разрядного устройства, блока аккумуляторной батареи, датчика мощности, синхронизирующего генератора, блока сбора и обработки информации, устройства сравнения и корректирующего устройства, устройства контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, блока управления электропитанием электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной фотоэлектрической установки, блока питания и управления приводом горизонтального поворота солнечной фотоэлектрической установки и блока питания и управления приводом вертикального поворота солнечной фотоэлектрической установки.

Достоинство системы-прототипа заключается в получении максимально возможной мощности и расширении области применения автономной фотоэлектрической системы электроснабжения.

Недостатками системы-прототипа является то, что система электропитания электродвигателей приводов слежения за Солнцем совмещена с системой электроснабжения потребителя мощности, что может привести к нарушению электроснабжения приводов, например, при чрезмерном разряде блока аккумуляторных батарей, в периоды пиковых нагрузок потребителя электроэнергии, их деградации и преждевременному выходу из строя.

Задачей заявляемого технического решения является разработка автономной фотоэлектрической системы электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки с энергоэффективной и надежной автономной системой электропитания электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной фотоэлектрической установки, обеспечивающей слежение за Солнцем независимо от энергосети потребителя.

Поставленная задача решается тем, что автономная фотоэлектрическая система электроснабжения включает солнечную фотоэлектрическую установку (ФЭУ), систему электроснабжения потребителя (СЭП) и систему электропитания приводов слежения за Солнцем (СЭПС). СЭП включает первый блок аккумуляторных батарей (БАК1), первый контроллер процессов заряда-разряда блока аккумуляторных батарей, совмещенного с устройством контроля степени заряженности БАК1 (К1), блок сбора и обработки информации (БСОИ), инвертор (ИН), первый датчик температуры (ДТ1) первого блока аккумуляторных батарей и первый ключ постоянного тока (КЛ1). СЭПС включает второй блок аккумуляторных батарей (БАК2), второй контроллер (К2), блок управления электропитания электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной фотоэлектрической установки (БУЭ), блок питания и управления электродвигателем (M1) привода горизонтального поворота солнечной фотоэлектрической установки (БПУГ), блок питания и управления электродвигателем (М2) привода вертикального поворота солнечной фотоэлектрической установки (БПУВ), второй датчик температуры (ДТ2) второго блока аккумуляторных батарей и второй ключ постоянного тока (КЛ2). Положительный выход ФЭУ соединен через КЛ1 с первым входом К1 и через КЛ2 с первым входом К2, а отрицательный выход ФЭУ подключен ко вторым входам К1 и К2. Первый вход/выход К1 соединен с первым входом/выходом БСОИ, второй вход/выход К1 подключен к положительному входу/выходу БАК1 и к первому входу ИН, а третий вход/выход К1 подключен к отрицательному входу/выходу БАК1 и ко второму входу ИН, третий вход которого соединен с выходом ДТ1, первый вход/выход ИН подключен ко второму входу/выходу БСОИ, а второй и третий выходы ИН предназначены для соединения с потребителем электроэнергии. Первый вход/выход К2 соединен с входом/выходом БУЭ, второй вход/выход К2 подключен к положительному входу/выходу БАК2 и к первому входу БУЭ, а третий вход/выход K2 подключен к отрицательному входу/выходу БАК2 и ко второму входу БУЭ, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами БПУГ, а четвертый, пятый и шестой выходы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам БПУВ, четвертый вход/выход К2 подключен к третьему входу/выходу БСОИ. Выход БПУГ соединен с входом M1, а выход БПУВ подключен к входу М2. Новыми элементами фотоэлектрической системы электроснабжения являются второй контроллер (К2), второй датчик температуры (ДТ2), второй блок аккумуляторных батарей (БАК2). Введение этих элементов позволяет организовать надежное, независимое от потребителя электроснабжение электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной фйотоэлектрической установки и обеспечить ее бесперебойное функционирование.

Каждая ФЭУ может быть собрана из фотоэлектрических модулей.

В качестве фотоэлектрических модулей могут использоваться модули с концентраторами излучения и многопереходными солнечными элементами, а также плоские кремниевые модули.

Световоспринимающая поверхность каждой ФЭУ может быть выполнена в виде плоскости или в виде ступеней.

ФЭУ может располагаться на земле или на крыше здания.

Автономная фотоэлектрическая система электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки может быть дополнена резервными источниками энергии - ветровой установкой, мини-ГЭС, дизельным/бензиновым двигателем-генератором или может быть включена в состав комплексной системы энергоснабжения.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведена структурная схема настоящей автономной фотоэлектрической системы электроснабжения на основе ФЭУ;

на фиг.2 показан вид сзади на ФЭУ;

на фиг.3 приведен вид сбоку на ФЭУ;

на фиг.4 представлен вид в аксонометрии ФЭУ со ступенчатой световоспринимающей поверхностью.

Заявляемая высокоэффективная автономная система электроснабжения (см. фиг.1) содержит ФЭУ 1, которая осуществляет непрерывное слежение за положением Солнца на небосводе, СЭП 2 и СЭПС 3. СЭП 2 включает БАК1 4, К1 5, обслуживающий процессы заряда-разряда БАК1 4 и включающий устройство контроля степени заряженности, БСОИ 6, ИН 7, ДТ1 8 и КЛ1 9. К1 5 отслеживает и корректирует процессы заряда-разряда БАК1 4, который накапливает избыточную электроэнергию, вырабатываемую в системе, и восполняет ее недостаток, когда энергии от ФЭУ 1 недостаточно, ИН 7 служит для регулирования и преобразования напряжения постоянного тока в переменное напряжение, а также для поддержания режима работы ФЭУ 1 в точке максимальной мощности. БСОИ 6 осуществляет сбор и обработку данных системы и управляет режимами работы системы, потребителя мощности (П) 10. СЭПС 3 включает БАК2 11, К2 12, БУЭ 13, БПУГ 14 с M1 15, БПУВ 16 с М2 17, ДТ2 18 и КЛ2 19.

При работе заявляемой автономной фотоэлектрической системы электроснабжения ФЭУ 1, входящая в ее состав, непрерывно следит за Солнцем, улавливая солнечное излучение и преобразуя его в электроэнергию. Вырабатываемая электрическая мощность подается в системы электроснабжения П 10 и в БУЭ 13, БПУГ 14 с M1 15 и БПУВ 16 с М2 17. В случае сильного разряда БАК2 11 БСОИ 6 через К1 5 размыкает ключ КЛ1 9, вся вырабатываемая ФЭУ 1 мощность подается на поддержание СЭПС 3. К1 5 и К2 12 отслеживают процессы заряда и разряда соответственно БАК1 4 и БАК2 11, ограничивая зарядные и разрядные токи и предотвращая недопустимо глубокий разряд и перезаряд БАК1 4 и БАК2 11. Запасенная в БАК1 4 и БАК2 11 электроэнергия расходуется для покрытия электропотребления в утренние и вечерние часы, в пасмурные дни, а также при работе БАК1 4 и БАК2 11 в буферных режимах при пиковых нагрузках. ИН 7 преобразует постоянное напряжение от ФЭУ 1 в переменное напряжение 220 В, требуемое системе электроснабжения П 10, а также выполняет роль регулятора напряжения и постоянно поддерживает режим работы ФЭУ 1 в точке максимальной мощности. БУЭ 13 рассчитывает и корректирует с помощью специальных датчиков координаты Солнца и подает управляющие сигналы БПУГ 14 и БПУВ 16, питающим и управляющим соответственно M1 15 и М2 17 в ответ на изменение положения ФЭУ 1 в пространстве.

Предложенная высокоэффективная автономная фотоэлектрическая система электроснабжения на основе ФЭУ обеспечивает энергоэффективное снабжение удаленных потребителей электроэнергией высокого качества. Надежность электроснабжения механизмов слежения за Солнцем в отсутствие возможности подключения к централизованной энергосети достигается использованием собственной системы электроснабжения, работающей параллельно с системой электроснабжения потребителя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Автономная фотоэлектрическая система электроснабжения, включающая солнечную фотоэлектрическую установку (ФЭУ), систему электроснабжения потребителя (СЭП) и систему электропитания приводов слежения за Солнцем (СЭПС), при этом СЭП включает первый блок аккумуляторных батарей (БАК1), первый контроллер процессов заряда-разряда блока аккумуляторных батарей, совмещенного с устройством контроля степени заряженности БАК1 (К1), блок сбора и обработки информации (БСОИ), инвертор (ИН), первый датчик температуры (ДТ1) БАК1 и первый ключ постоянного тока (КЛ1), а СЭПС включает второй блок аккумуляторных батарей (БАК2), второй контроллер (К2), блок управления электропитания электродвигателей приводов горизонтального и вертикального поворотов солнечной фотоэлектрической установки (БУЭ), блок питания и управления электродвигателем (M1) привода горизонтального поворота солнечной фотоэлектрической установки (БПУГ), блок питания и управления электродвигателем (М2) привода вертикального поворота солнечной фотоэлектрической установки (БПУВ), второй датчик температуры (ДТ2) БАК2 и второй ключ постоянного тока (КЛ2), причем положительный выход ФЭУ соединен через КЛ1 с первым входом К1 и через КЛ2 с первым входом К2, а отрицательный выход ФЭУ подключен ко вторым входам К1 и К2, первый вход/выход К1 соединен с первым входом/выходом БСОИ, второй вход/выход К1 подключен к положительному входу/выходу БАК1 и к первому входу ИН, а третий вход/выход К1 подключен к отрицательному входу-выходу БАК1 и ко второму входу ИН, третий вход которого соединен с выходом ДТ1, первый вход/выход ИН подключен ко второму входу/выходу БСОИ, а второй и третий выходы ИН предназначены для соединения с потребителем электроэнергии, первый вход/выход К2 соединен с входом/выходом БУЭ, второй вход/выход К2 подключен к положительному входу/выходу БАК2 и к первому входу БУЭ, а третий вход/выход К2 подключен к отрицательному входу-выходу БАК2 и ко второму входу БУЭ, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами БПУГ, а четвертый, пятый и шестой выходы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам БПУВ, четвертый вход/выход К2 подключен к третьему входу/выходу БСОИ, выход БПУГ соединен с входом M1, а выход БПУВ подключен к входу М2.

2. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что ФЭУ собрана из фотоэлектрических модулей.

3. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что в качестве модулей применены модули с концентраторами излучения и многопереходными солнечными элементами или плоские кремниевые модули.

4. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что световоспринимающая поверхность ФЭУ выполнена в виде плоскости или в виде ступеней.

5. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что фотоэлектрическая установка расположена на земле или на крыше здания.

6. Система электроснабжения по п.1, отличающаяся тем, что дополнена ветровой установкой, или мини-ГЭС, или дизельным/бензиновым двигатель-генератором.

www.freepatent.ru

Автономное солнечное электроснабжение Дача Эконом

Артикул: Дача 1,6 кВт

Данная система позволит обеспечить электроэнергией, при наличии солнца, наиболее необходимое для Вашего загородного дома, оборудование (например: бытовой холодильник, свет, TV, ноутбук, сигнализация). При наличии у Вас бензогенератора, его можно подключить к солнечной электростанции для подзаряда аккумуляторов, когда солнечной энергии не достаточно.

Характеристики солнечной системы Дача Эконом:

Постоянная мощность: 1600 Вт
Пиковая мощность: 3200 Вт (5 мин)
Резервирование: 2300 Вт-ч
Выходное напряжение: 230 В
Емкость АКБ: 100 Ач (GEL)
Напряжение АКБ: 24 В
Выходной сигнал: чистый синус
Тип АКБ: необслуживаемые, GEL
Мощность солнечных модулей: 750 Вт (3 х 250 Вт)
Тип контроллера заряда от солнечных модулей: MPPT

Время автономной работы:

Мощность	1500 Вт	1200 Вт	1000 Вт	500 Вт
Время работы	1 час 32 мин	1 час 55 мин	2 часа 18 мин	4 часа 36 мин

Комплектация

Наименование	Количество
Инвертор/блок бесперебойного питания 1600 Вт, 24 В со встроенным контроллером заряда от солнечных модулей (до 1500 Вт)	1
Аккумулятор необслуживаемый с гелевым электролитом 100 Ач, 12 В	2
Солнечный модуль 250 Вт	3
Опорная конструкция для установки 3-х солнечных модулей на скатной крыше	1
Комплект соединительных проводов для подключения компонентов	1
Комплект защитной автоматики (автомат постоянного тока, байпас инвертора)	1

ПродуктКоличество солнечных панелей Кол-во АКБМощность системы, ВтНапряжение постоянного тока, ВНапряжение переменного тока, ВЭнергоэффективность системы, кВт*ч/деньПиковая мощность подключаемой нагрузки, ВтОбщая площадь солнечных панелей, м2Общая масса системы (включая АКБ), кг

Комплект солнечного энергоснабжения
3
2
1600
24
230
1.6
3200
1
100

montazh-solnechnogo-kollektora

Гарантия распространяется на оборудование и работы по установке, в зависимости от сложности и типа, до 24 месяцев
Монтаж или установка солнечного коллектора выполняется в светлое время суток ежедневно, включая праздничные и выходные дни
Время Время установки солнечной панели от 4-х до 8-ми часов, в зависимости от сложности работ
Монтаж выполняют только сертифицированные специалисты со специальным инструментом для монтажа и настройки
По окончании работ клиент получает гарантийный талон, сертификат соответствия, договор монтажа и акт выполненных работ
Установка солнечного коллектора выполняется в день принятия заказа, либо в согласованный с заказчиком день

Заполните обязательные поля *.

alipso.ru