Проектирование солнечно-ветровой установки для обеспечения электроэнергией загородного дома

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «ЭС»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

на тему: «Проектирование комплекса автономного энергосбережения на базе СФЭУ+ВЭУ»

Выполнил:

Гильмутдинова Д.Н.

Проверила:

Моисеева Р.Р.

Казань 2016



Содержание

Введение

1. Анализ потребления электрической энергии

2. Система автономного электроснабжения на основе АКБ

3. Анализ ветроэнергетических ресурсов региона

4. Проектирование СФЭУ

5. Инвертор и контроллеры для ВЭУ и СФЭУ

6. Технико-экономический расчет

Заключение



Введение

Для дачи или загородного дома автономное электроснабжение может оказаться, вполне актуальным в определенных случаях даже в Интернете нам способом энергообеспечения акцент на загородном доме или даче как потенциальных объектов для оборудования автономные системы электроснабжения стоит сделать порядок возможные причины:

-Отсутствие технической возможности их централизованного подключения к электросетям;

- Экономическая целесообразность такого подключения в виду большого объема работ, соответственно, их высокая стоимость;

- Низкая стабильность имеющихся «классических» систем электроснабжения, в России остро состоит проблема, связанная с частым отключением электроэнергии, и ее невысоким качеством, перегрузкой и банальной нехватки электроэнергии.

Целью данной курсовой работы является расчет и проектирование солнечно-ветровой установки для обеспечения электроэнергией загородного дома.

Цель результирующих следующих задачах:

- Анализа существующего энергопотребления;

- Оценка метеоусловий в данном регионе;

-Выбор и расчет параметров установки;

-Оценка эффективности данной установки



1. Анализ потребления электрической энергии

План загородного дома

Суточное потребление энергии в летний период:

Потребитель	Кол-во	Мощность, кВт	Среднесуточное время работы, ч/сут	Потребление в кВт*ч за сутки
1. Компьютер	1	0,5	10	5
2. Лампы	7	0,06	4	1,68
3. СВЧ	1	0,15	0,5	0,075
4. Холодильник	1	0,4	24	9,6
5. Стиральная машина	1	2	3	6
6. Кондиционер	1	1,5	6	9
7. DVD-плеер	1	0,3	1	0,3
8. Электрочайник	1	1	0,5	0,5
9. Бойлер	1	1,2	5	6
10. Фен	1	0,5	0,3	0,15
11. Телевизор	2	0,4	4	3,2
12. Инвертор	1	0,05	24	1,2
13. Контролер заряда	1	0,01	24	0,24
Итого	42,95

Суточный график нагрузок в летний период



Суточное потребление энергии в зимний период:

Потребитель	Кол-во	Мощность, кВт	Среднесуточное время работы, ч/сут	Потребление в кВт*ч за сутки
1. Компьютер	1	0,5	17	8,5
2. Лампы	7	0,06	9	3,78
3. СВЧ	1	0,15	0,5	0,075
4. Холодильник	1	0,4	24	9,6
5. Стиральная машина	1	2	2	4
6. Кондиционер	1	1,5	0	0
7. DVD-плеер	1	0,3	2	0,6
8. Электрочайник	1	1	0,5	0,5
9. Бойлер	1	1,2	7	8,4
10. Фен	1	0,5	0,4	0,2
11. Телевизор	2	0,4	8	6,4
12. Инвертор	1	0,05	24	1,2
13. Контролер заряда	1	0,01	24	0,24
Итого	43,5

Суточный график нагрузок в зимний период

2. Система автономного электроснабжения на основе АКБ

Число Ампер-часов, требуемое для обеспечения нагрузки определяется по формулам:



,

,

Далее определяется общая требуемая емкость аккумуляторных батарей, А•ч:

,

где N- количество дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда ( N=2);

- температурный коэффициент;

д - глубина допустимого разряда (д=0,5).

Разделив на номинальную емкость аккумулятора, получим количество аккумуляторов, соединенных параллельно:

,

Чтобы получить количество последовательно соединенных аккумуляторов, необходимо разделить номинальное напряжение выбранного аккумулятора:

,

Общее число аккумуляторов в батарее равно произведению :

,



Тяговый аккумулятор 24х5PzS400

3. Анализ ветроэнергетических ресурсов региона

Ветрогенератор при вращении генерирует электричество, которое используется для заряда аккумуляторов. Накопленный в аккумуляторах ток с помощью инвертора преобразуется в 220В 50Гц.

Основные характеристики ВЭУ-5кВт

,

где - плотность воздуха, кг/;

- среднемесячная скорость ветра в месте установки ВЭУ, м/c;

- КПД генератора;

- КПД редуктора;

- площадь, ометаемая лопастями ветроколеса,;

- средний коэффициент использование энергии ветра.

;

;

,

Площадь, ометаемая лопастями ветроколеса, рассчитывается по формуле:

,



Месяц	Направл. ветра	Скорость ветра, м/с	Всего
		1	3,5	7,5	11,5	15,5	19	21
Январь	С	21,93	4359,95	27759,1	51552,55	66825,98	54705,19	55397,08	260621,81
	СВ	9,96	341,96						351,92
	В	21,96	1282,34	6729,48	9097,51				17131,29
	ЮВ	17,94	4701,91	41218,06	60650,06	59400,87	27352,59		193341,43
	Ю	41,87	5642,29	14300,14	12130,01				32114,31
	ЮЗ	77,76	3761,53	2523,55					6362,84
	З	85,74	4188,98	5888,29	3032,5				13195,51
	ЗС	67,8	12224,97	106830,49	169820,17	126226,85	109410,38	73862,77	598433,43
	1121562,54

Сравнение потребляемой мощности и мощности вырабатываемой ВЭУ

4. Проектирование СФЭУ

Солнечный панель ФСМ 250П изготовлена из высокоэффективных поликристаллических солнечных элементов первой категории качества Grade A, что гарантирует высокую производительность и надежность. Солнечная панель состоит из 60 поликристаллических солнечных элементов размером 156х156 мм.

Технические характеристики

Дневная норма солнечной радиации в Казани, горизонтальная площадка:

Янв	Фев	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сент	Окт	Нояб	Дек
0,196	0,196	1,12	2,83	4,65	5,93	6,05	4,95	3,22	1,51	0,39	0,39

Месячная норма солнечной радиации в Казани, горизонтальная площадка: энергия электроснабжение аккумуляторный контроллер

Янв	Фев	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сент	Окт	Нояб	Дек	В год
6,08	5,49	34,72	84,9	144,15	177,9	187,55	153,45	96,6	46,81	11,7	6,08	955,43

Месячное потребление электроэнергии :

Месячная выработка энергии ВЭУ:

Дефицит электроэнергии, который должен компенсироваться СФЭУ:

Суммарная площадь солнечной установки:

,

где - необходимая мощность, которую должна компенсировать СФЕУ;

з - коэффициент полезного действия (15,4%);

- значение инсоляции за выбранный период для заданной широты кВт•ч/.

Таким образом,

,

Рассчитываем количество модулей исходя из площади одной панели:

,

Количество модулей - 25 шт.

Из обратной формулы:



,

Месячная выработка энергии СФЭУ, :

Сравнение потребляемой мощности и мощности вырабатываемой СФЭУ

Сравнение потребляемой мощности и мощности вырабатываемой СФЭУ и ВЭУ

Исходя из рисунка, можно сказать, что мощность вырабатываемая ВЭУ+СФЭУ полностью покрывает месячное потребление ЭЭ.



5. Инвертор и контроллеры для ВЭУ и СФЭУ

Контроллеры заряда JW2480 - это интеллектуальная система, сочетающие в себе устройство контроля ветрогенераторов и солнечных модулей. Это оборудование не только эффективно передает мощность, выработанную солнечными панелями и ветрогенератором для зарядки аккумуляторов, но и обеспечивает функцию контроля.

Контроллер использует принцип широтно-импульсной модуляции для контроля процесса заряда аккумуляторной батареи от ветрогенераторов и солнечных батарей.

Когда энергия, генерируемая солнечными панелями и ветрогенератора больше емкости аккумуляторов, система контроля должна отвести избыточную энергию, чтобы защитить аккумулятор. Аккумулятор рассчитан на номинальный ток заряда и напряжение поддерживающего заряда, и перегрузка по зарядному току и напряжению нанесет ему серьезный вред. Контроллер в режиме реального времени изменяет зарядное направление тока. Он может ограничивать напряжение и ток батареи путем изменения зарядного тока ветрогенератора или солнечных модулей, тем самым продлевая срок службы аккумулятора, ограничивая их перезаряд

Интеллектуальная цифровая система использует мощную плату для контроля, что упрощает электрическую схему и делает принцип контроля эффективности гибким. Силовые устройства сделанные из высококачественных компонентов гарантируют контроллеру отличную производительность. Дополнительно контроллер имеет защитные функции молниезащиты и защиты от обратных токов, защиты от перенапряжения, обратного подключения аккумулятора, короткого замыкания и д.р.

Модель	JW2480
номинальное напряжение	24B
солнечные панели	400Вт
мощность ветрогенератора	800Вт
Заряд	номинальный ток	50А
	отключения при чрезмерном заряде	28.8В±1%
	поддерживание заряда	27,61±%
	отключения заряда	26,4=±1%
	температурная компенсация	-48мВ/®С
Чрезмерный разряд	отключение	21,6В±1%
	включение	24,6±1%
Перенапряжение	отключение	32В±1%
	включение	30В±1%
ток холостого хода	?0.1А
система управления	PWM функция деинсталляции, PWM функция ограничения сверхтоков
подзарядка батареи	Универсальная независимая система повышения напряжения
вводимые параметры	Напряжение, ток заряда,емкость батареи
системы защиты	защита фотоэлемента защита от противозачаточные при режиме XX, неправильного подключения полюсов батареи, программируемый по скорости и напряжению автоматический выключатель защита от перегрузки
способ отвода тепла	Радиаторный
рабочая температура	от -25®С до +55®С
габариты	165х140х64мм

6. Технико-экономический расчет

Общее капиталовложения:

АКБ 24х5PzS400 - 8 шт = 880 000 руб.

ВЭУ EnergyWind 5 кВт - 1 шт = 250 000 руб.

Солнечная панель ФСМ 250П - 25 шт = 445625 руб.

Контроллер Energy Wind 5кВт = 20 000 руб.

Инвертор МАП SIN PRO 4,5кВт (24В/48В) = 61 300 руб.

Итого: 1 656 925 руб.

Расчет срока окупаемости без учета стоимости АКБ

,

Коэффициент использования установленной мощности ВЭУ:

,

Срок окупаемости СФЭУ:

,

Срок окупаемости всей автономной системы:

,



Заключение

В большинстве районов, приход солнечной радиации и наличие ветра находятся в противофазе (т.е., когда светит яркое солнце, обычно, нет ветра, а если дует сильный ветер, то солнца нет).

Поэтому, для обеспечения бесперебойного электроснабжения автономного объекта, уменьшения необходимой мощности ветротурбины, солнечной батареи и ёмкости аккумуляторной батареи, улучшения режимов работы станции, во многих случаях, целесообразно использование гибридной ветросолнечной электростанции.

Размещено на Allbest.ru