CC BY
29
помещения. В процессе хранения растительное сырьё самонагревается под воздействием микробиологических процессов. Через определённое время, используя встроенный насос системы выгрузки, воздух подаётся по перфорированным трубам на дно контейнера или компостной кучи. Тёплый воздух выдавливается из растительного материала и поступает в свободное пространство под укрывным материалом, откуда периодически удаляется через систему удаления воздуха со встроенным фильтром и направляется в отапливаемое помещение. После удаления тёплого воздуха из растительного материала клапан системы выпуска воздуха закрывается. Процесс повторяется по мере необходимости. Таким образом, утилизируется тепло, выделяемое при хранении и разложении растительных материалов повышенной влажности.
Выводы. Выявлено, что число патогенных микроорганизмов зависит от следующих факторов: температуры компостной массы, температуры воздуха, водородного показателя, влажности, числа патогенов на начало термофильной фазы, числа патогенов в конце термофильной фазы, подтверждённое критериальным уравнением. Для аккумуляции и реализации полученной теплоты и изоляции человека от вредных факторов, образующихся в процессе компостирования, предлагаются использование технических средств, в частности, контейнера и теплоутилизатора.
Литературы
1. Шаланда А.В. Искусство и наука компостирования // Коммерческая биотехнология. М.: Академия биотехнологии, 2009.
2. Рыченкова Ю.А. Способы и средства для аэрации компоста // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 1. С. 46 - 49.
3. Лумисте Е.Г., Панова Т.В., Панов М.В. Установка для приготовления компоста // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 5. С. 43 - 49.
4. Гаврилова М. Рациональное использование отходов деревообработки: у всех на словах, но только не на деле [Электронный ресурс] // Лесной комплекс России. 2013. № 3. URL: https:// buk.irk.ru/library/sbornik_14/sokolovskaya.pdf.
5. Евстигнеев В.Д. О перспективах применения отходов лесопиления в качестве фильтрующего материала локальных очистных сооружений // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. № 9 - 3. С. 52 - 56.
6. Константинов К.Н. Компосты из древесных отходов [Электронный ресурс] // Интернет-издание «Газета садовод». URL: https:// gazetasadovod.ru/udobr/5769-komposty-iz-drevesnyh-othodov.html.
7. Панов М.В. Разработка и обоснование параметров установки для приготовления компоста с утилизацией избыточной теплоты: дис. ... канд. техн. наук. М., 2011. 230 с.
8. Пат. на полезную модель №111966. Контейнер с ворошителем для приготовления компоста/ Лумисте Елена Геннадьевна (RU), Панова Татьяна Васильевна (RU), Панов Максим Владимирович (RU), Шмигирилов Сергей Николаевич (RU). Опубл. 10.01.2012. Бюл. № 1.
9. Постановка и решение задачи дискретного управления на термофильной стадии процесса компостирования / Д.Л. Пиотровский, Л.А. Посмитная, К.В. Дружинина [и др.]. Краснодар, 2017. 883 - 893 с.
10. Гуляев Н.Ф. Расчёты аэрационного, влажностного и теплового режимов при ускоренном механизированном обезвреживании во вращающихся ёмкостях // Санитарная очистка городов. М.: ОНТИ АКХ, 1964. Вып. 25. С. 34.
11. Нино Т.П., Лумисте Е.Г., Панова Т.В. Приточно-вытяжной утилизатор тепла [Использование тепла при компостировании растительных отходов для отопления животноводческих помещений] // Сельский механизатор. 2011. № 6. С. 28 - 29.
12. Пат. на полезную модель RUS 119205. Контейнер с аэратором-увлажнителем для приготовления компоста / Т.В. Панова, Е.Г. Лумисте, М.В. Панов. Опубл. 20.08.2012. Бюл. № 23.
Обработка результатов исследования характеристик солнечных фотоэлектрических станций и определение рациональных режимов работы при изменении угла наклона и спектрального состава облучения фотоэлектрических модулей
А.С. Дебрин, аспирант, А.В. Бастрон, к.т.н., А.Ф. Семенов, к.т.н., Т.П. Пашкевич, соискатель, ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ
Масштаб использования солнечной энергии растёт с каждым годом. Технологии использования фотоэлектрических солнечных электростанций (ФСЭС) неуклонно совершенствуются и становятся всё более конкурентоспособными и привлекательными [1, 2].
Материал и методы исследования. Оценка современного состояния устройств показывает, что исследователями решаются задачи мобильности, надёжности, удобства эксплуатации, транспортировки, ремонта, выполнения ФСЭС с возможностью их круглосуточной работы в различных климатически сложных и не-
благоприятных эксплуатационных и погодных условиях, а также в горной местности, для автономного энергообеспечения объектов сельскохозяйственной, лесозаготовительной, рыбозаготовительной и промысловых отраслей, а также охотоведческих угодьях Красноярского края [3].
Выработка электрической энергии от ФСЭС за расчётный период определяется по методике, изложенной в ряде работ [3, 4].
Результаты теоретических расчётов выработки электрической энергии от одного фотоэлектрического модуля (ФЭМ) и от ФСЭС по месяцам в течение года, а также минимально необходимое энергопотребление автономных объектов были опубликованы ранее [4, 5] и сведены в таблицу 1.
1. Результаты теоретических расчётов выработки электрической энергии ФСЭС в г. Красноярске
Месяц Количество дней Средняя продолжительность солнечного сияния Количество пиковых солнцечасов Кол-во произведённой электроэнергии одним модулем Количество произведённой электроэнергии ФЭС за месяц
Гср/, ч ^сол^ут ч Тсол.ме^ ч Шсут, Вт-ч Гмес, Вт-ч Ш, кВт-ч
Январь 31 58 1,87 58 130,97 4060 40,60
Февраль 28 90 3,21 90 225,00 6300 63,00
Март 31 162 5,23 162 365,81 11340 113,40
Апрель 30 202 6,73 202 471,33 14140 141,40
Май 31 224 7,23 224 505,81 15680 156,80
Июнь 30 278 9,27 278 648,67 19460 194,60
Июль 31 270 8,71 270 609,68 18900 189,00
Август 31 217 7,00 217 490,00 15190 151,90
Сентябрь 30 154 5,13 154 359.33 10780 107,80
Октябрь 31 96 3,10 96 216,77 6720 67,20
Ноябрь 30 49 1,63 49 114,33 3430 34,30
Декабрь 31 33 1,06 33 74,52 2310 23,10
Год 365 1833 5,02 1833 4212,22 128310 1283,1
Рис. 1 - Принципиальная схема экспериментальной ФСЭС:
А1 - пиранометр; А2 - контроллер заряда аккумулятора; А3 - инвертор; Е - солнечный модуль; ОБ - аккумулятор; РШ1, РШ2, РШ3 - мультиметр; БА1, БА2 - выключатель
Для проверки результатов теоретического расчёта проведён эксперимент по исследованию характеристик ФСЭС (рис. 1) [3].
Результаты исследования. Следующий этап обработки полученных результатов проводился путём построения моделей кривых и поверхностей с использованием регрессии, интерполяции и сглаживания [6 - 9].
По полученным результатам проведённых экспериментов прироста мощности в пасмурную и солнечную погоду можно сделать вывод, что
режим работы ФСЭС во многом зависит от спектрального состава света, облучающего ФЭМ, так как солнечный свет в пасмурную погоду, проходя через тучи, изменяет свой спектральный состав в связи с поглощением и рассеиванием коротковолновой части спектра излучения (рис. 2, 3).
Для проведения опытного эксперимента по выявлению зависимости вырабатываемой мощности ФСЭС от длины волны света, облучающего ФЭМ, представлена структурная схема экспериментальной установки (рис. 4, табл. 2).
Рис. 2 — Результаты обработанных данных натурных испытаний. Зависимость мощности от облучённости и угла наклона ФЭМ
ид
Рис. 3 — Преобразование трёхмерной плоскости в контурное изображение зависимости мощности от облучённости и угла наклона ФЭМ
Фрагмент программного кода function [fitresult, gof] = createFit (ug, o, w) %CREATEFIT(UG,O,W) % Create a fit.
[xData, yData, zData] = prepare Surface Data( ug, o, w ); % Set up fittype and options. ft = 'biharmonicinterp'; % Fit model to data.
[fitresult, gof] = fit( [xData, yData], zData, ft, % Make contour plot. subplot( 2, 1, 2 )
Результаты
Бигармонического сплайн-интерполятора: Ф(Х,У) = бигармонической поверхности, вычисленное из p, где x нормализуется средним значением 45 и std 12.42 и где Y - нормированные по среднему 157.3 и STD 140.9.
Коэффициенты: p = коэффициент структуры. Критерий согласия: SSE: 2.626e-17 R-квадрат: 1.
Скорректированный R-квадрат: Not-a-Number СКО: Not-a-Number
Рис. 4 - Структурная схема экспериментальной установки:
1 - источник света; 2 - набор концентрирующих светофильтров; 3 - фотоэлектрический модуль
2. Результаты эксперимента по выявлению зависимости вырабатываемой мощности ФСЭС от длины волны света, облучающего ФЭМ
Цвет/длина волны, нм Красный 625 - 740 Оранжевый 590 - 625 Жёлтый 565 - 590 Зелёный 500 - 565 Синий 440 -485 Фиолетовый 380 - 440
Освещённость, Лк 90 100 97 96 44 13
Мощность, W 3,85 4,03 3,75 3,88 3,90 3,55
Рис. 5 — Графоаналитическая обработка эксперимента по выявлению зависимости вырабатываемой мощности ФСЭС от длины волны света, облучающего ФЭМ
Рис. 6 - Контурная проекция плоскости изменения мощности, получаемой ФЭМ от облучения разным спектральным составом
Фрагмент программного кода
function [fitresult, gof] = createFit (dv, osv, ws)
%CREATEFIT(DV,OSV,WS)
% Create a fit.
% Data for 'untitled fit 1' fit:
[xData, yData, zData] = prepareSurfaceData( dv, osv, ws ); % Set up fittype and options. ft = 'biharmonicinterp'; % Fit model to data.
[fitresult, gof] = fit( [xData, yData], zData, ft, 'Normalize', 'on' );
xlabel( 'dv' ); ylabel( 'osv' ); grid on
Результаты
Biharmonic spline interpolant:
f(x,y) = biharmonic surface computed from p
where x is normalized by mean 545.5 and std 82.46
and where y is normalized by mean 73.33 and std
36.23
Coefficients: p = coefficient structure Goodness of fit: SSE: 2.169e-30 R-square: 1
Adjusted R-square: NaN RMSE: NaN
Из-за небольшого количества данных с разной размерностью трехмерная плоскость не замкнутая, но наблюдается повышение значения мощности с увеличением длины волны (рис. 5). Для более детального изучения изменения мощности, получаемой от ФЭМ, построили контурную проекцию плоскости (рис. 6).
Выводы. Расчёты натурных испытаний ФСЭС по определению зависимости вырабатываемой мощности от облучённости и угла наклона солнечного модуля показали, что суммарная солнечная радиация за относительно пасмурный день составила 2064 Вт-ч/м2. Коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую составил 4,9 %. Генерируемое солнечным фотоэлектрическим модулем напряжение (следовательно, и энергия) в зависимости от его пространственного расположения может снижаться на 70 %.
Графоаналитическая обработка результатов натурного эксперимента по определению зависимости вырабатываемой мощности от облучённости и угла наклона солнечной панели выявила следующие зависимости режимов работы ФСЭС:
- для оптимального режима работы ФСЭС по выработке мощности необходимо облучение ФЭМ 300 - 400 Вт/м2 и 400 - 500 Вт/м2, независимо от угла наклона, но максимальный пик выработки мощности наблюдается при облучении ФЭМ 300 - 400 Вт/м2 и угле наклона 400 - 550 и при облучённости ФЭМ 400 - 520 Вт/м2 и углах наклона 30° - 400 и 550 - 650.
Графоаналитическая обработка результатов натурного эксперимента по оценке прироста
энергии в солнечный и пасмурный день показала, что режим работы ФСЭС во многом зависит от спектрального состава света, облучающего ФЭМ.
Графоаналитическая обработка результатов натурного эксперимента по определению режима работы ФСЭС при изменении спектрального состава излучения показала, что вырабатываемая мощность наиболее максимальна при облучении ФЭМ длинами волн в диапазоне 520 - 625 нм.
Отсюда следует, что для рационального режима работы ФСЭС необязательно иметь ясную солнечную погоду и высокую облучённость ФЭМ, достаточно установить перед ФЭМ светофильтр зелёного, жёлтого или оранжевого цвета, и даже в пасмурную погоду ФСЭС будет работать с высоким показателем вырабатываемой мощности.
Литература
1. Дебрин А.С., Бастрон А.В., Урсегов В.Н. Обзор солнечных панелей и фотоэлектрических станций отечественных производителей // Вестник КрасГАУ 2018. № 6 (141). С. 136 - 141.
2. Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве / А.С. Кириченко, Р.Б. Гольдман, Л.А. Дайбова [и др.] // Энергосбережение и водоподготовка. 2019. №1 (117). С. 73 - 79.
3. Дубов В.А., Чебодаев А.В. Оценка эффективности использования ФЭС для автономного электроснабжения крестьянско-фермерского хозяйства // Вестник Иркутского государственного аграрного университета. 2015. № 68. С. 89 - 94.
4. Фотоэлектрическая станция для питания автономного устройства для добычи яда пчел / А.В. Бастрон, А.В. Чебодаев, В.Н. Урсе -гов [и др.] // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 5 (20). С. 199 - 204.
5. Использование солнечных фотоэлектрических станций для автономных систем электроснабжения крестьянско-фермерских хозяйств / А.В. Чебодаев, А.В. Бастрон, В.Н. Урсегов [и др.] // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: матер. XIV междунар. науч.-практич. интернет-конференции. Орёл, 2016. С. 204 - 210.
6. Графоаналитическая обработка результатов натурного эксперимента по определению зависимости вырабатываемой мощности от облученности и угла наклона фотоэлектрического модуля /
А.С. Дебрин, А.В. Бастрон, А.Ф. Семенов, К.А. Сутугина / Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. № 2019610369 от 10.01.2019.
7. Графоаналитическая обработка результатов натурного эксперимента по определению зависимости вольтамперных характеристик фотоэлектрического модуля от облученности и угла его наклона / А.С. Дебрин, А.В. Бастрон, А.Ф. Семенов, К.А. Сутугина / Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. № 2019610980 от 18.01.2019.
8. Программа по определению зависимости напряжения от облученности и угла наклона фотоэлектрического модуля / А.С. Дебрин, А.В. Бастрон, А.Ф. Семенов, А.В. Себин / Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. № 2019618248 от 27.07.2019.
9. Программа по определению зависимости силы тока от облученности и угла наклона фотоэлектрического модуля / А.С. Дебрин, А.В. Бастрон, А.Ф. Семенов, А.В. Себин / Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. № 2019618249 от 27.07.2019.
Теоретические исследования бесперебойности электроснабжения сельских потребителей
*
с применением альтернативных источников
В.И. Чиндяскин, к.т.н., В.А. Шахов, д.т.н,. профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; С.К. Шерьязов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Одной из важнейших задач эффективного развития сельского хозяйства является обеспечение бесперебойности электроснабжения потребителей. Нарушения бесперебойности электроснабжения могут приводить к обесточиванию большого числа потребителей электроэнергии, повреждению электрооборудования электрических сетей и к гибели людей и животных. Разрабатываемые и внедряемые в последнее время возобновляемые источники электроэнергии могут работать параллельно с сетью или автономно. При подключении их на параллельную работу могут возникать проблемы, которые недостаточно исследованы и соответственно требуют изучения [1 - 3].
В системе электроснабжения важное значение имеет бесперебойность питания потребителей электрической энергией в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Исследования бесперебойности электроснабжения, особенно при использовании возобновляемых источников электроэнергии, являются актуальной задачей.
Бесперебойность электропитания нами понимается как событие, когда отсутствует нарушение в электроснабжении потребителей. При этом событие рассматривается как случайный процесс, и его оценка будет опираться на теорию вероятностей и математическую статистику.
На бесперебойность электроснабжения влияют различные возмущающие факторы. При этом недостаточно изучено действие самого электрического тока на бесперебойность электроснабжения.
Согласно требованиям ПУЭ [4] все потребители по надёжности электроснабжения подразделены на три категории. К сельскохозяйственным потребителям I категории отнесены коровники
на 400 гол. и более; помещения для откорма и выращивания молодняка крупного рогатого скота на 5 тыс. гол. и более в год; свинофермы по откорму 12 тыс. гол. и более в год; птицефабрики с числом 100 тыс. кур-несушек и более и т.п. При этом потребителей I категории необходимо обеспечивать электроэнергией от двух независимых, взаимно резервируемых источников питания. Перерыв в электроснабжении этих потребителей допустим только на время автоматического восстановления питания.
К потребителям II категории отнесены животноводческие и птицеводческие фермы с меньшей численностью, чем указанные для потребителей I категории. Перерыв в электроснабжении потребителей II категории допустим не более чем на время включения питания оперативной выездной бригадой.
Все остальные потребители отнесены к III категории. Электроснабжение для таких потребителей может производиться от одного источника питания, а перерывы в электроснабжении для них не должны превышать одних суток.
Важным условием при бесперебойном электроснабжении является сохранение показателей качества электрической энергии в соответствии с требованиями государственного стандарта [5].
Существует множество причин, приводящих к нарушению бесперебойности электроснабжения потребителей. В частности, проведённые исследования переходных процессов [6] позволили выяснить причину отключений потребителей, связанную с короткими замыканиями.
Бесперебойность как случайное событие характеризуется отказом элементов системы электроснабжения. При этом отказы элементов системы электроснабжения можно разделить на внезапные и постепенные. В частности, нарушение электроснабжения при коротком замыкании и пробое изоляции является внезапным отказом, который приводит к полному нарушению ра-
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и министерства образования Оренбургской области. Решение бюро совета РФФИ, протокол № 4 (216) от 17.04.2019 г.
