CC BY
7SOLAR POWER PLANTS
Статья поступила в редакцию 11.03.12. Ред. рег. № 1230 The article has entered in publishing office 11.03.12. Ed. reg. No. 1230
УДК 502.174.3; 621.311.8.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТРЕБНОСТЕЙ УДАЛЕННОГО ДОМА ЗА СЧЕТ СОЛНЕЧНЫХ ФЭП
В.И. Велькин, С.Е. Щеклеин
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина 620002 Екатеринбург, ул. Мира, д. 19 Тел./факс: (343) 375-95-08, e-mail: v.i.velkin@ustu.ru; s.e.sheklein@ustu.ru
Заключение совета рецензентов: 21.03.12 Заключение совета экспертов: 25.03.12 Принято к публикации: 28.03.12
Представлены экспериментальные данные по использованию фотоэлектрических станций для обеспечения минимальных потребностей удаленного децентрализованного дома. Показано, что в летнее время минимальные потребности надежно обеспечиваются системой «ФЭП-АКБ-инвертор», в то время как в зимний период надежность ограничивается периодом в одни сутки.
Ключевые слова: солнечная энергия, фотоэлектрический преобразователь, возобновляемая энергетика, надежность энергоснабжения.
PROVIDING OF MINIMUM ENERGY REQUIREMENTS FOR HOMES BY MEANS OF PHOTOVOLTAIC CELLS
V.I. Velkin, S.E. Shcheklein
Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin 19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia Tel./fax: (343) 375-95-08, e-mail: v.i.velkin@ustu.ru; s.e.sheklein@ustu.ru
Referred: 21.03.12 Expertise: 25.03.12 Accepted: 28.03.12
Experimental data on the use of photovoltaic stations to provide the minimum requirements of decentralized remote home. It is shown that in summer the minimum requirements provided by the system reliably, "PV-battery-inverter", whereas in winter, the reliability is limited to a period of one day.
Keywords: solar energy, the photoelectric converter, renewable energy, security of supply.
Современные системы жизнеобеспечения рассчитаны на определенное минимальное энергопотребление. Например, бытовые газовые котлы, глубинные скважные насосы, используемые в отдельно стоящих домах в удаленной местности, автономны и эффективны при наличии гарантированного энергообеспечения. При отсутствии энергии указанные ответственные потребители становятся бесполезными, а условия жизнедеятельности - критичными.
Проблема использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) для удаленных потребителей в последнее время актуализируется, однако ее реализация объективно идет мед-
ленными темпами. Потенциальный потребитель НВИЭ сталкивается с неподъемным соотношением цена-качество, т. е. дороговизной единицы устанавливаемой мощности.
В УрФУ выполнен анализ энергоемкости существующих загородных объектов, проведено сопоставление характеристик вновь проектируемых объектов и реализован проект энергоэффективного загородного объекта с различными системами генерации энергии (рис. 1). О проекте удаленного сельского дома с нетрадиционными источниками энергии имеется ряд публикаций [1, 2].
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 03 (107) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
В.И. Велькин, С.Е. Щеклеин. Обеспечение минимальных энергетических потребностей удаленного дома за счет СФЭП
Рис. 1. Фото энергоэффективного дома с комплексом возобновляемых источников энергии Fig. 1. Photo of energy-efficient home with a set of renewable energy
Основной энергетической задачей проекта являлось надежное обеспечение только ответственных потребителей (автоматика газового котла, электропитание скважного насоса, освещение) за счет НВИЭ. Такая постановка понижает необходимость оснащения объекта оборудованием НВИЭ по мощности на порядок, а следовательно, становится значительно более доступной для потребителя.
Так, на энергоэффективном доме (пос. Растущий Белоярского района) смонтированы 8 газовых котлов для отопления и ГВС. Автоматика каждого котла рассчитана на 110 Вт при розжиге и 65-70 Вт в режиме функционирования циркуляционного насоса. Общая мощность, требуемая для работы котлов, составляет по дому около 1 кВт. Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения предусмотрена подача электроэнергии от фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) для подзарядки аккумуляторов, а через них, с использованием инвертора - на автоматику газового котла. На фото (рис. 2) на переднем плане представлен инвертор ВЭУ-4-5, используемый в качестве источника бесперебойного питания и питаемый напряжением 24 В от 2-х аккумуляторов емкостью 200 Ач. На заднем плане вверху - газовый котел «У1а11ап1-28», слева - резервная панель ФЭП-12, справа - приемный коллектор системы отопления дома.
Указанная система, подпитываемая посредством ФЭП от энергии солнца, неоднократно проверена в реальных условиях и показала надежность функционирования в весенне-летне-осенний период, но ограниченность по времени надежного функционирования в зимнее время (аккумуляторные батареи не успевали подзаряжаться за короткий световой день).
Характеристика системы ФЭП производства ВИЭСХ для энергоэффективного дома представлена в таблице.
На рис. 3 представлены 15 ФЭП, скомпонованные в три станции по 150 Вт (пик) каждая.
Характеристики системы ФЭП Characterization of PVC system
Характеристика Параметр
Габариты одной панели ФЭП, мм 490 х 940
Пиковая мощность одной ФЭП, Вт 30
Количество ФЭП на 1 потребителя, шт. 10
Общее количество ФЭП, шт. 80
Установленная мощность на объекте, кВт 2,4
Мощность (на автоматику 8 котлов), кВт 0,88
Система аккумуляторов, шт. 16
Резерв энергообеспечения (емкость АКБ), Ач 1600
Нагрузка в режиме ожидания днем -зарядка аккумулятора, дежурное освещение подсобных помещений
Рис. 2. Инвертор в системе «ФЭП-инвертор-автоматика
газового котла» Fig. 2. The inverter in the "PV-inverter-automatic gas boiler"
Рис. 3. Подготовка фотоэлектрических станций к монтажу на энергоэффективном доме Fig. 3. Preparation for installation of photovoltaic plants for energy-efficient home
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 03 (107) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
Солнечная энергетика. Солнечные электростанции
Из графика (рис. 4) видно, что в летнее время при функционировании автоматики газового котла от системы «ФЭП-инвертор» две аккумуляторных батареи суммарной емкостью 200 Ач в течение дневного времени успевают полностью зарядиться [3].
В зимнее время автоматика газового котла на второй день непрерывной работы от АКБ может не включиться, т.к. инвертор «требует» поддержания на входе стандартного напряжения не менее 24 В.
»1.
.. и ......
4 Лето ** *
Зима
Рис. 4. Влияние сезонности (лето-зима) на поддержание в рабочем режиме системы «ФЭП-АКБ-инвертор» для обеспечения надежного энергообеспечения ответственных потребителей Fig. 4. Influence of seasonality (summer-winter) to maintain the system in operation "PV-battery-inverter" to ensure a reliable energy supply of responsible consumers
Таким образом, автономная система «ФЭП-АКБ-Инвертор» Жпик = 150 Вт в состоянии поддержать функционирование автоматики газового котла N = = 28 кВт (т) в зимнее время (с 1 декабря по 28 февраля) не более 1 суток, после чего необходима дополнительная подзарядка аккумуляторных батарей.
Указанный срок обеспечения надежной работы системы «ФЭП-АКБ-Инвертор» является приемлемым, только если учитывать, что договорные обязательства между потребителем и поставщиком подразумевают возможность отключения электроснабжения не более чем на одни сутки. Однако для надежного обеспечения минимальных потребностей в электроснабжении на более длительный срок необходимо соответствующее увеличение емкости АКБ и пиковой мощности ФЭП.
Список литературы
1. Велькин В.И., Щеклеин С.Е., Попов А.И., Арбузова Е.В. Опыт Свердловской области по комплексному использованию возобновляемых источников энергии в многоквартирном сельском доме // Сб. материалов Международного конгресса «Дни чистой энергии в Екатеринбурге», С-Петербург, Бел-лона, Комитет по использованию ВИЭ РосСНИО», 2010, с. 113-114.
2. Велькин В.И., Банных С.М., Емельянова Д.И., Щеклеин С.Е., Обеспечение минимальных потребностей энергоэффективного дома за счет солнечных фотоэлектрических преобразователей. Всероссийская научно-практическая конференция «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». Сб. тезисов. Екатеринбург, 2007.
3. Велькин В.И., Банных.С.Е., Щеклеин С.Е. Использование солнечных фотоэлектрических преобразователей на территории объекта. Сборник тезисов «Проблемы безопасности критических инфраструктур территорий и муниципальных образований». Екатеринбург, УрО РАН, 2008.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 03 (107) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
