Кафедра электроэнергетики и теплоэнергетики
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Расчет энергетической установки с солнечными коллекторами
Содержание
|
Введение…………………………………………………………..……...………...….. |
4 |
|
|
1 |
Расчет установки…………………………………. ………….……………….. |
6 |
|
1.1 |
Подбор светильников…………………………………………..………..……. |
6 |
|
1.2 |
Подбор аккумулятор. Инвертор.……………………….……………….......... |
8 |
|
1.3 |
Подбор фотореле…………………………………………...…….…….……. |
9 |
|
1.4 |
Подбор контроллера……………………………..…………………………. |
9 |
|
1.5 1.6 |
Подбор солнечных панелей……………………………………………..….. Подбор розетки………………………………………………………………. |
10 11 |
|
2 |
Экономический расчет ...……………………………………………….…... |
13 |
|
|
Заключение……………………………………………… …………...……… |
14 |
|
|
Список литературы…………………………………………………………... |
15 |
Введение
При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии - нетрадиционных и возобновляемых.
Возобновляемые источники энергии - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.
Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников, в отличие от возобновляемых, находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека.
Солнечные батареи и другие экологически чистые источники энергии становятся в последнее время все более популярными. Многие решают "сначала попробовать" как это работает, и с этой целью просят нас спроектировать систему, которая будет обеспечивать часть нагрузок в доме, и очень часто это внешнее освещение здания или освещение территории.
На базе фотоэлектрических модулей можно создавать автономные комплекты для освещения и солнечные светильники. Мы комплектуем такие системы для автономных фотоэлектрических светильников и фонарей, в комплект обычно входят специальные контроллеры с таймерами, которые автоматически включают и выключают свет в темное время суток.
Простота и надежность использования солнечных батарей позволяет этому альтернативному способу получения энергии активно развиваться и завоевывать популярность.
Известно, что такие батареи работают на внутренних ресурсах и не нуждаются в привычном топливе. Механические износ им практически не страшен, поэтому и срок службы у них в среднем составляет двадцать пять лет. Обслуживание заключается в периодическом удалении пыли с поверхности.
Немаловажным преимуществом можно считать абсолютное соответствие экологическим нормам, отсутствие вредных выбросов и полную безопасность. Ну, и, конечно, не стоит забывать о финансовой экономии при использовании такого источника энергии.
Ввиду событий, происходящих в мировой экономике, очевидным становится факт, что будущее за альтернативными источниками получения энергии. Поэтому при выборе солнечной батареи нужно тщательно изучить все характеристики и убедиться в добросовестности производителя. Такое приобретение очень быстро окупит затраченные средства и прослужит многие годы.
Комплектация солнечных батарей может несколько отличаться. В базовую комплектацию входят такие компоненты, как: вакуумный солнечный коллектор, контроллер, который способен следить за тем, чтобы работа системы была максимально эффективной, фотореле, светильники, и инверторы. На основе технических характеристик всех устройств делается расчет установки и выбирается оборудование.
1 Расчет установки
Для правильного расчета необходимо учесть все составляющие установки. В этом случае расчет производится в следующей последовательности.
1.1 Подбор светильников
Исходя из габаритных размеров помещения 2х4м, и отсутствия кабельной коммуникации, выбираем светодиодные лампы LED15 мощностью 20Вт.
Рис.1. Светодиодная лампа LED15
Для нашего места для курения необходимо 9 светодиодных ламп на 3 секции.
Определение расхода энергии в сутки, :
|
(1) |
,
где:
– мощность 1 лампы, Вт;
– число ламп, шт.
- Подбор аккумулятора. Инвертор
Т.к. мощность , то берем с запасом
В нашей установке только освещение, потому выбираем инвертор с прямоугольным сигналом.
Исходя из технических характеристик инвертора:
- входное напряжение 24В
- КПД 90-95%
- вес: на каждые 100Вт берется 1кг, т.к. у нас 200Вт, получается 2кг
- глубина разрядки батареи 0,7
Определение суточной токовой нагрузки,
|
(2) |
,
где:
– входное напряжение, В.
Определение суммарной токовой нагрузки,
|
(3) |
,
где:
– входное напряжение, В.
Z – глубина разрядки аккумулятора
,
Определение количества блоков батарей с ,
|
(4) |
,
Выбираем отечественный аккумулятор haze: HZY24-230.
Рис.2. Аккумулятор HZY24-230.
Технические характеристики:
- номинальная мощность 230А*ч
- входное напряжение 24В
- срок эксплуатации до 12 лет.
Определение нагрузки с учетом глубины разряда 30%,
|
(5) |
,
Определение требуемого количества аккумуляторов ,
|
(6) |
,
- Подбор фотореле
ФР-601 – предназначен для автоматического включения и выключения внутреннего освещения в зависимости от уровня освещенности.
Рис.3. Фотореле ФР-601.
Технические характеристики:
- номинальное рабочее напряжение 230В
- потребляемая мощность 0,25Вт
- диапазон рабочих температур -25…+40С
- габаритные размеры: 18/65/90мм
Количество фотореле зависит от количества имеющихся ламп. В нашем случае 3 секции по 3 светильника, отсюда следует, что потребуется 3 фотореле.
- Подбор контроллера
Контроллер контролирует распределение энергии, заряжает батарею аккумулятора.
С учетом мощности , выбираем контроллер с I=10А и напряжением 24В. Выбираем PWM SDRC1024 – контроллер – прекращает заряд после того, как будет 100%уровня заряда.
Рис.4. PWM SDRC1024 – контроллер
- Подбор солнечных батарей
Батареи можно разделить на два основных типа: малые фотоэлектрические системы и большие фотоэлектрические системы.
К первой категории можно отнести аккумуляторные панели, работающие от напряжения в 12-24В. Такие системы обеспечат электроэнергией, необходимой для работы телевизора и нескольких осветительных приборов в доме. Большие системы могут не только полностью обеспечить дом необходимой электроэнергией, но и сыграть важную роль в организации отопительной системы. Стоит учитывать, что солнечные батареи не смогут обеспечить необходимым теплом и электричеством большие дома с несколькими этажами.
Для Оренбургской области характерен угол наклона панелей в 30 градусов.
Размер панелей для мощности 200Вт - 1,5х2м2
Необходимо установить фотоэлектрический преобразователь, который нужен для перевода солнечной энергии в электрическую энергию.
Выбираем фотоэлектрический модуль Sunways ФСМ-230М.
Рис.5. Модуль Sunways ФСМ-230М
Технические характеристики:
- номинальная мощность 230Вт
- номинальное напряжение 12 – 24В
- подключение через PWM – контроллер
- Выбор розетки
Чаще всего в современных помещениях проводку скрывают под слоем штукатурки и отделочными материалами, такой тип называется скрытым и для него необходимы внутренние розетки, которые устанавливаются в специальную цилиндрическую коробку, вмонтированную в стену, куда и выводятся провода. При установке такой розетки вся ее внутренняя часть помещается в этой коробке, а корпус является накладной панелью, находящейся на поверхности стены.
В том случае, когда электрические провода проложены поверх отделки стен, потребуются наружные розетки. И внутренности, и цилиндрический пластмассовый корпус такой розетки монтируется снаружи.
Рис.6. Наружная розетка с двойным входом с заземлением
Выбираем наружную розетку на 220В, т.к. используемые нами приборы рассчитаны на напряжение не более 220В.
2 Экономический расчет
Используемое оборудование:
- LED15 - светодиодная лампа – 260руб. – 1ед. – 9шт
- Аккумулятор HZY24-230 – 19000руб. – 1 ед. – 5шт
- Фотореле ФР-601 – 200руб. – 1 ед. – 3шт
- Контроллер PWM SDRC1024 – 1860руб. – 1 ед. – 1шт
- Фотолектрический модуль Sunways ФСМ-230М – 17700руб. – 1 ед. – 2шт
- Розетка – 150руб. – 1 ед. – 2шт
Стоимость всего оборудования, S,руб.
Услуги монтажа:
20%=27100руб.
Полная стоимость:
П=135500+27100=162600руб.
В данный момент средняя цена электроэнергии по России составляет 2,51 руб/кВт*ч, значит максимальное число электроэнергии, которое можно выработать составляет:
3,6(кВт ) х 24(часа в сут.) х 365(число дней в году) = 31356 кВт/год
Стоимость годовой электроэнергии:
С=2,51*31356=79155,36руб
Срок окупаемости установки:
О=П/С=162600/79155,36=2,05лет
Заключение
Результатом выполнения курсового проекта стало умение выполнять расчет установки с солнечными коллекторами.
Проведя расчет установки, и проанализировав полученные данные, можно сказать, что она подходит для использования её в реальности. Установки на основе солнечных батарей считаются экологичными, поэтому их устанавливают. Однако на основе расчетов видно, что это достаточно дорого, и долгоокупаемый процесс.
Список использованных источников
- Экология. Учебник. Е.А.Криксунов. – М.: Инфра-М, 2008. – 98с.
- Лятхер, В.М. Развитие ветроэнергетики / В.М. Лятхер //Журнал «Малая энергетика». - 2006. - № 1-2
- Преимущества и недостатки солнечной энергетики
http://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/85-preimuschestva-solnechnoy-energetiki.html
- Альтернативная энергетика http://ru.wikipedia.org
- Нетрадиционные источники энергии. – М.: Знание, 2009. – 95 с .
- Проблемы и перспективы развития мировой энергетики. – М.: Знание, 2009. – 48 с.
- В.Т. Тайсаева «Солнечное теплоснабжение в условиях Сибири». – Улан-Удэ, БГСХА, 2007. – 200 с.
- Ребанс К.К. Энергия, энтропия, среда обитания. - М.: Знание, 2006. - 64с.
- Макевнин С. Г., Вакулин А. А.. Охрана природы. – М.: Агропромиздат, 2007. – 212с.
- “Малая энергетика России. Проблемы и перспективы” Москва. НТФ ”Энергопрогресс”, 2011г. [приложение к журналу “Энергетик”]
Презентации
Чертежи:
Содержание архива:
Скачать: