CC BY
30
Литература
1. Ковалев В.З., Мальгин Г.В., Архипова О.В., Математическое моделирование электротехнических комплексов нефтегазодобычи в задачах энергосбережения: монография. Департамент образования и науки ханты-мансийского авт. окр. - Югры, Югорский государственный университет. Ханты-Мансийск. 2008. C. 222.
2. Архипова О.В. Принципы оптимизации электроснабжения населенных пунктов крайнего севера на базе ветродизельных комплексов. Вестник Югорского государственного университета.
2015. № S2 (37). С. 204-206.
3. Ковалев В.З., Архипова О.В., Ковалева С.Е. Энергетические аспекты регионально обособленного электротехнического комплекса // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL:http://web.snauka.ru/issues/2015/11/60093 (дата обращения: 12.05.2016).
4. Вязигин, В.Л.. Основы электрического освещения. Учебное пособие./ В.Л. Вязигин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. - 196 с.
References
1. Kovalev V.Z., Mal'gin G.V., Arhipova O.V., Matematicheskoe modelirovanie jelektrotehnicheskih kompleksov neftegazodobychi v zadachah jenergosberezhenija: monografija. Departament obrazovanija i nauki hanty-mansijskogo avt. okr. - Jugry, Jugorskij gosudarstvennyj universitet. Hanty-Mansijsk. 2008. C. 222.
2. Arhipova O.V. Principy optimizacii jelektrosnabzhenija naselennyh punktov krajnego severa na baze vetrodizel'nyh kompleksov. Vestnik Jugorskogo gosudarstvennogo universiteta.
2015. № S2 (37). S. 204-206.
3. Kovalev V.Z., Arhipova O.V., Kovaleva S.E. Jenergeticheskie aspekty regional'no obosoblennogo jelektrotehnicheskogo kompleksa // Sovremennye nauchnye issledovanija i innovacii. 2015. № 11 [Jelektronnyj resurs]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/11/60093 (data obrashhenija: 12.05.2016).
4. Vjazigin, V.L. Osnovy jelektricheskogo osveshhenija. Uchebnoe posobie./ V.L. Vjazigin. Omsk: Izd-vo OmGTU, 2013. - 196 s.
DOI: 10.18454/IRJ.2016.48.181 Дайчман Р.А.
ORCID 0000-0001-8134-3483, Ассистент, Омский государственный технический университет РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ (ГИБРИДНЫХ) СИСТЕМ АВТОНОМНОГО АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Аннотация
Комбинирование различных типов возобновляемых источников энергии весьма эффективно, но такие системы технически сложны имеют много различных элементов, выбор которых для неспециалиста весьма проблематичен, на упрощения этого выбор и нацелена следующая статья. Указаны критерии оценки эффективности таких систем. Приведены сравнительные характеристики ветрогенераторов, солнечных батарей, аккумуляторных батарей, инверторов, контроллеров, положительные и отрицательные стороны каждого из возможных вариантов. Даны рекомендации по использованию ветро-солнечной системы.
Ключевые слова: автономность, энергия, ветрогенератор, солнечная батарея, инвертор, контроллер, аккумуляторная батарея, мощность, электроснабжение, комбинированные (гибридные) системы.
Daychman R. A.
ORCID 0000-0001-8134-3483, Assistant of ESPP Department Omsk State Technical University RECOMMENDATIONS FOR THE SELECTION OF EQUIPMENT COMBINED (HYBRID) AUTONOMOUS
SYSTEMS ALTERNATIVE POWER
Abstract
Combining different types of renewable energy is very effective, but such systems are technically complex many different elements, the choice of which to the layman is very problematic to facilitate this choice and aims next article. Criteria for evaluating the effectiveness of such systems. Comparative characteristics of wind turbines, solar panels, batteries, inverters, controllers, pros and cons of each option. Recommendations for the use of wind and solar systems.
Keywords: endurance, energy, wind turbine, solar panel, inverter, controller, battery, power, electricity, combined (hybrid) system.
С каждым днем человечество все более и более задумывается об использование возобновляемых источников энергии, это связано с нестабильной политической обстановкой в странах экспортёрах углеводородов, желанием обрести энерго-независимость, растущих нуждах электроэнергии, истощение природных ресурсов, закрытием АЭС, а также заботой об экологии.
Для обычных жителей все сводится к простому желанию экономии денежных средств. Использование одного вида возобновляемого ресурса экономически невыгодно, поэтому зачастую применяется комбинирование различных типов, то такие системы технически сложны, имеют много элементов, выбор которых для неспециалиста весьма проблематичен, на упрощение этого выбора и нацелена следующая статья.
Основным элементом таких систем является ветрогенератор, таблица 1.
Таблица 1 - Соотнесение различных типов ветроэнергетических установок
Тип Преимущества Недостатки
Горизонтально-осевая КПД около 45-50%; Небольшое число лопастей; Не сложный процесс установки; Недорогие генераторы. Высокая цена общей системы; Нужна ориентировка по ветру; Сложность поворота лопастей.
Вертикально-осевая Отсутствие ориентации на ветер; Проста в эксплуатации. Слабая надежность; Громоздкая лопастная конструкция; Нет регулировки угла атаки лопастей.
Ротор Савониуса Само-запуск при слабых скоростях ветра. Большая материалоемкость; Низкий КПД - 15%.
Ротор Дарье КПД 35-40%; Легкое обслуживание. Отсутствие самозапуска.
Ротор Горлова Значительный срок службы; Большой КПД до 60%. Сложности в изготовлении лопастей; Большая цена.
Многолопастная с направляющим аппаратом КПД до 50%; Восприимчивость к незначительным скоростям ветра. Высокая стоимость; Большая металлоемкость.
Наиболее лучшими в соотношении преимуществ и недостатков являются вертикально осевые установки. [1-6] Другим важнейшим элементом комбинированной системы является солнечная батарея, в таблице 3 приведены основные характеристики панелей [7]:
Таблица 2 - Типы солнечных панелей
Тип солнечной панели Преимущества: Недостатки:
Монокристалличе ские Высокий КПД; Компактны; Большой срок службы. Значительная цена; При затенении части панели, вся панель теряет мощность; Необходимость применения микроинверторов.
Поликристалличес кие Недороги; Зависимость от температуры. Средний процент КПД; Необходимость больших площадей.
Тонкоплёночные Низкая себестоимость; Гибкость; Малые потери на нагрев. Большие площади для установки; Низкий КПД; Малый срок службы.
Монокристаллические элементы, выполняться в виде восьмиугольных кремниевых пластин с характерным цветом, имеют наивысшую эффективность — до 22%.
Поликристаллические солнечные панели обладают квадратной формой и голубоватым оттенком. Более малая эффективность до 18% связана с тем, что при производстве используют не только первичный кремний большой степени очистки, но и вторичное сырье.
Нанесение нескольких слоев фотоэлектрического материала позволяет создать тонкоплёночные элементы. Однако, несмотря на светопоглощаемость аморфного кремния, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного, эффективность солнечных батарей такого типа не превышает 12 %.
При выборе между монокристаллической и поликристаллической панелями одинаковой мощности, при достаточной свободной площади, рекомендуется выбирать те что дешевле, а это как правило поликристаллические панели. Если же условия размещения солнечной электростанции огранены малой площадью, то рекомендуется применять с более высоким КПД, это монокристаллические модули. Использование дешёвых тонкопленочных модулей, влечет за собой покупку кабеля, более дорого инвертора и затрат на опорную и ограждающую конструкцию.
Максимально добиться эффективности автономной системы, используя лишь один вид возобновляемой энергии, невозможно ввиду непостоянства природных явлений. Состояние равновесия между выработанной и потребленной энергией практически недостижимо. В системах автономного электроснабжения из-за непостоянства генерации возникает необходимость использовать дорогостоящие аккумуляторные батареи (АКБ).
Преимущество в сочетании: цена - качество остаётся бесспорно за свинцово-кислотными аккумуляторами, которые в свою очередь подразделяются на:
Автомобильные - наиболее маломощные, несложны в изготовлении и сервисе, выносят около 100 - 150 циклов подзарядок на 80%;
ЛвМ - это герметизированные аккумуляторы, предусмотренные на 250 - 400 циклов разрядов на 80%, весьма чувствительны к перезарядам;
Гелиевые - кислотные герметизированные, терпят примерно 350 - 500 циклов разрядов на 80%, прихотливы к емкостям зарядных токов;
Панцирные -выдерживают порядка 1000 - 1500 циклов разрядов по 80%, в максимальной степени подходят для использования в автономных системах.
Для динамического контроля параметров АКБ применяется контроллер заряда, таблица 4.
Таблица 3 - Преимущества и недостатки различных типов контроллеров
Контроллер Преимущества Недостатки
ON/OFF Дешев; Неприхотлив; Можно использовать в комбинированных системах; Минимальный нагрев при регулировании; Отключение источника при полном заряде. Не в состоянии полностью зарядить батареи; Снижает срок эксплуатации АКБ; Большие скачки тока при регулировании приводят к высоким электромагнитным помехам.
PWM (ШИМ) Низкий уровень электромагнитных помех; Исключается перегрев и закипание аккумулятора; Относительно высокий КПД. Больший нагрев во время регулирования; Можно использовать только с одним видом генерации; Строго соответствии мощности контроллера потребляемой мощности; Ограничение по мощности.
МРРТ Разное напряжение на входе и выходе контроллера; Возможно подключение различных источников на вход; Гальваническая развязка входа и выхода. Потери на преобразование; Более сложная технология; Более высокая цена.
При рассмотрении типов контроллеров выяснилось, что наиболее совершенной моделью является MPPT контроллер [8].
Инвертор — это основа автономного электроснабжения, от правильного выбора будет зависеть рентабельность, поэтому к этому стоит подойти особенно ответственно. В таблице 5, представлены свойства различных типов:
Таблица 4 - Характеристики различных типов инверторов
Тип инвертора Преимущества Недостатки
Автономные Малый размер и вес; Небольшая цена; Быстрый заряд. Значительная зашумленность выходных параметров; Небольшая надежность; Узкий диапазон мощностей; Возможно повреждение электротехники.
Сетевые Без трансформаторная схема соединения; Хорошие массогабаритные показатели; Синусоидальность тока и напряжения. Отсутствует полная автономность; Необходимость синхронизации с сетью; Высокая стоимость;
Гибридный Большая цена; Возможность трехфазного питания. Синусоидальность тока и напряжения; Параллельная работа на аккумулирование и потребление.
Желательно, чтобы мощность инвертора была соизмерима с максимальной мощностью нагрузки с учетом пусковых токов [9].
В заключении можно сказать, что для условий России, в случае необходимости автономного надежного электроснабжения, рекомендуется использовать комбинированные системы, так как скорость ветра летом сравнительно небольшая, но достаточно много солнца и продолжительный световой день, в тоже время зимой, наоборот, много сильных ветров и меньше солнечного света [10,11]. Поскольку пик работ по производству электроэнергии у ветровой и солнечной систем приходится на различное время суток и года, то гибридная система, соответственно, производит энергии больше и тогда, когда это действительно необходимо. [12]
Литература
1. Дайчман, Р. А. Возможности современной ветроэнергетики / Р. А. Дайчман // Актуальные вопросы современной науки. - 2015. -№ 4(8). - С. 11-14.
2. Дайчман, Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Апробация. - 2015. -№ 11(38). - С. 13-15.
3. Дайчман, Р. А. Климатологические характеристики ветровой энергии / Р. А. Дайчман // Научный обозреватель. - 2015. - № 11(59). - С. 43-45.
4. Дайчман, Р. А. Современная ветроэнергетика в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Научная перспектива. - 2015. - № 11(69). - С. 98-99.
5. Дайчман, Р. А. Эффективность выбора современных ветрогенераторов / Р. А. Дайчман // Апробация. - 2015. -№ 12(39). - С. 24-27.
6. Дайчман, Р. А. Выбор ветроустановок для систем автономного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Молодой ученый. - 2015. - №24. - С. 117-121.
7. Дайчман, Р. А. Анализ солнечных батарей современных производителей / Р. А. Дайчман // Современная наука и практика. - 2015. - № 4(4). - С. 5-11.
8. Дайчман, Р. А. Рекомендации по выбору контроллеров заряда аккумуляторных батарей для систем альтернативного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Журнал научных и прикладных исследований. - 2015. -№ 12. -С. 139-141.
9. Дайчман, Р. А Рекомендации по выбору инвертора для систем автономного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Приволжский научный вестник. - 2016. - № 1(53). - С. 38-41.
10. Дайчман, Р. А. Климатологические характеристики ветровой энергии / Р. А. Дайчман // Научный обозреватель. - 2015. - № 11(59). - С. 43-45.
11. Дайчман, Р. А Факторы, влияющие на выработку электроэнергии ветроустановки / Р. А. Дайчман // Приволжский научный вестник. - 2016. - № 1(53). - С. 41-44.
12. Гужулев, Э. П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: монография / Э. П. Гужулев, В. Н. Горюнов, А. П. Лаптий. - Омск : Омский государственный технический университет, - 2004. - 272 с.
References
1. Dajchman, R.A. Vozmozhnosti sovremennoj vetroj energetiki / R.A. Dajchman // Aktual'nyevoprosysovremennojnauki. - 2015. -№ 4(8). - S. 11-14.
2. Dajchman, R.A. Ispol'zovanie vetrojenergeticheskih ustanovok v RossijskojFederacii / R.A. Dajchman // Aprobacija. - 2015. -№ 11(38). - S. 13-15.
3. Dajchman, R.A. Klimatologicheskie harakteristiki vetrovojj energii / R.A. Dajchman // Nauchnyjobozrevatel'. -2015. - № 11(59). - S. 43-45.
4. Dajchman, R.A. Sovremennaja vetrojenergetika v RossijskojFederacii / R.A. Dajchman // Nauchnajaperspektiva. -2015. - № 11(69). - S. 98-99.
5. Dajchman, R.A. Jeffektivnost' vyboraso vremennyh vetrogeneratorov / R.A. Dajchman // Aprobacija. - 2015. -№ 12(39). - S. 24-27.
6. Dajchman, R. A. Vybor vetroustanovok dlja system avtonomnogo jelektrosnabzhenija / R. A. Dajchman // Molodojuchenyj. - 2015. - №24. - S. 117-121.
7. Dajchman, R.A. Analiz solnechnyh batarej sovremennyh proizvoditelej / R. A. Dajchman // Sovremennajanaukaipraktika. - 2015. - № 4(4). - S. 5-11.
8. Dajchman, R.A. Rekomendacii po vyboru kontrollerov zarjada akkumuljatornyh batarej dlja system al'ternativnogo jelektrosnabzhenija / R.A. Dajchman // Zhurnalnauchnyhiprikladnyhissledovanij. - 2015. -№ 12. - S. 139-141.
9. Dajchman, R.ARekomendaciipovyboruinvertoradljasistemavtonomnogojelektrosnabzhenija / R.A. Dajchman // Privolzhskijnauchnyjvestnik. - 2016. - № 1(53). - S. 38-41.
10. Dajchman, R.A. Klimatologicheskie harakteristiki vetrovojj energii / R.A. Dajchman // Nauchnyjobozrevatel'. -2015. - № 11(59). - S. 43-45.
11. Dajchman, R.A. Faktory, vlijajushhie na vyrabotku jelektroj energii vetroustanovki / R.A. Dajchman // Privolzhskij nauchnyjvestnik. - 2016. - № 1(53). - S. 41-44.
12. Guzhulev, Je. P. Netradicionnye vozobnovljaemye istochnikij energii: monografja / Je. P. Guzhulev, V. N. Gorjunov, A. P. Laptij. - Omsk :Omskijgosudarstvennyjtehnicheskijuniversitet, - 2004. - 272 s.
