Курсовая работа по дисциплине Практикум по виду профессиональной деятельности аннотация
 Скачать 410.25 Kb.
|
 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования « (национальный исследовательский университет) Политехнический институт Кафедра « Солнечная электростанция Автор работы: Студент группы П-378 /Шавшаева А.И. Руководитель: Доцент кафедры ЭССиСЭ /Мартьянов А.С. Работа защищена с оценкой: ______________________________ « » 2018 г. КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Практикум по виду профессиональной деятельности» АННОТАЦИЯ ШАВШАЕВА А.И., Цель работы – рассчитать стоимость установки солнечной электростанции для энергоснабжения частного дома. Задачи работы – рассчитать электропотребление дома, подобрать соответствующее электрооборудование, рассчитать сроки окупаемости, а так же, указав плюсы и минусы солнечной электростанции, сделать вывод о её целесообразности установки. ЮУрГУ Кафедра ЭССиСЭ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 130302.2018.196 Разраб. Шавшаева А.И. Провер. Мартьянов А.С. Реценз. Н. Контр. Утверд. Лит. Листов 16 Кафедра ЭССиСЭ ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 4 1 Расчёт энергопотребления дома 6 2 Выбор инвертора 8 3 Определение количества энергии в сутки 9 4 Выбор аккумулятора 9 5 Выбор солнечных панелей 11 6 Контроллер 12 7 Окупаемость проекта 13 Заключение 17 Библиографический список 20 Введение 4 1 Расчёт энергопотребления дома 6 2 Выбор инвертора 8 3 Определение количества энергии в сутки 9 4 Выбор аккумулятора 9 5 Выбор солнечных панелей 11 6 Контроллер 12 7 Окупаемость проекта 13 Заключение 17 Библиографический список 20 ВведениеПостоянный рост стоимости традиционных источников электричества, зависимость от нестабильной работы центральной сети заставляют искать более перспективные и надежные варианты. Частная электростанция, работающая от Солнца — это неистощимый источник электроэнергии, очень удобный и экологически чистый способ питать все бытовые приборы. Система отлично масштабируется. Есть готовые портативные устройства для питания телефонов и планшетов, а есть мегаваттные станции, способные питать небольшие города и заводы.  Рисунок - Работа Солнечной электростанции Солнечная электростанция для дома включает следующие компоненты, которые можно видеть на рисунке 1: фотоэлектрическая панель — прибор, преобразующий излучение Солнца в постоянный ток; контроллер — микросхема, которая управляет работой панели, стабилизирует ток, выбирает оптимальный режим работы в зависимости от нагрузки, интенсивности облучения; аккумулятор — нужен, чтобы накапливать излишки энергии и отдавать их в ночное время или в пасмурную погоду; инвертор — преобразует постоянный ток в переменный стандартных для бытовой сети параметров (220 В 50 Гц). По функциональному предназначению различают автономные (изолированные), резервные системы, варианты со сбросом в централизованную сеть и специализированные решения. Изолированная солнечная электростанция нужна в том случае, если дом находится далеко от централизованной электросети и подключение невозможно или неоправданно дорого. Систему тогда придется снабжать большим количеством емких аккумуляторов, но зато нет необходимости подключения к общей сети. Резервная создается тогда, когда подключение к централизованной электросети имеется, но работает нестабильно или имеет неудовлетворяющие вас ограничения по мощности. Этот тип отличается, как правило, меньшей энергоемкостью аккумуляторных батарей. Также часто и совокупная мощность панелей делается меньше. Но при этом устанавливается инвертор, который способен переключаться с централизованной сети на аккумуляторы и обратно. Солнечная электростанция с возможностью отдачи излишков в общую сеть — это хорошие долгосрочные инвестиции. Если работа сети стабильна, то можно вообще отказаться от использования аккумуляторов. Но такая схема требует установки специального устройства, умеющего синхронизировать фазы локальной и общей электросети. Использовать такой источник электричества выгоднее в первую очередь в южных регионах нашей страны, где больше общее число безоблачных дней в году и выше инсоляция. Для северных регионов технология по понятным причинам менее удобна, но благодаря постоянному развитию технологии эффективность панелей растет, что делает их применение целесообразным даже в высоких широтах. В первую очередь такие электростанции должны быть интересны владельцам домов, удаленных от электросети или расположенных там, где качество электроснабжения не выдерживает никакой критики. Но какова экономическая эффективность для такого дома? [3] В данном курсовом проекте представлен расчёт для удалённого от электросети дома, находящегося на юго-западе Карелии, который позволит посмотреть, эффективна ли установка данного оборудования при уже имеющемся доме. 1 Расчёт энергопотребления домаТаблица 2 – Суточная нагрузка Таблица 1 – Перечень приборов Начало расчета солнечной электростанции заключается в подсчете суммарной нагрузки потребления дома. Необходимо составить перечень всех приборов и устройств, которые будут использоваться в доме, с учётом их мощностей и времени эксплуатации. Ниже, в таблицах 1,2 представлены данные суточной нагрузки для дома, который находится на юго-западе Карелии.   Вычисляем пиковую нагрузку, которая представлена на рисунке 1.  Рисунок 1 - График суточной нагрузки Из графика видно, что в сутках есть несколько пиков нагрузки, самый мощный из которых равен 2,7 кВт. 2 Выбор инвертораВысчитав пиковую мощность, выбираем из представленных на рынке, инвертор прогресс Hybrid 24-6000, 4000Вт, 24В, средней стоимостью 45000 рублей. Данный запас в 1,3кВт необходим для возможности наращивания мощностей в доме. [2] Характеристики инвертора, который представлен на рис.2:  Рисунок 2 - Инвертор прогресс Hybrid 48-6000 Напряжение АКБ: 24В
3 Определение количества энергии в суткиДля определения суточной нормы ёмкости батарей, которые обеспечат необходимое электроснабжение, необходимо вычисленное значение суточного потребления – 17102Вт*ч разделить на выбранное напряжение системы – 24В. Результат этого деления составит 713А*ч. Так же необходимо помнить, что инвертор сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Значит нужно предусмотреть запас и для него. Исходя из этого полученный результат 713А*ч. умножаем на коэффициент 1,2 и получаем 855А*ч. Данное значение и является суточной величиной ёмкости батарей, необходимой для обеспечения электроснабжения. 4 Выбор аккумулятораНеобходимо определиться с тем, как будет использоваться дом. Так как в этот дом эксплуатируется 2 дня, с субботы по воскресенье, соответственно основное потребление электроэнергии будет осуществляться именно в выходные дни. Накопление её, т.е. заряд аккумуляторов будет происходить в будние дни. Исходя из этого запас энергии предусматривается на 2 дня. Также необходимо учесть ещё несколько моментов. Во-первых – нельзя разряжать аккумуляторы на большую «глубину разряда». Это значительно сокращает сроки службы. Ориентироваться следует на процентную глубину разряда, указанную в паспорте АКБ. Во-вторых необходимо учитывать температуру окружающей среды для расчета необходимой емкости аккумуляторов, если приходится эксплуатировать аккумуляторы в холодные периоды. При пониженной температуре окружающей среды емкость аккумулятора снижается, т.е. снижается энергоемкость, которую аккумулятор способен отдать при данной температуре. Это означает, что при расчете необходимой емкости аккумулятора (или аккумуляторов) вам следует вычисленное значение емкости увеличить, чтобы создать запас на случай её понижения. Для обеспечения гарантированного запаса энергии на два дня: 855А*ч*2=1710А*ч. Учтем глубину разряда: 1710А*ч : 0,6 = 2850А*ч. (0,6 из-за аккумулятора). Исходя из полученного количества А*ч выбираем аккумулятор SW-BP 24-200, который представлен на рисунке 3 (средняя стоимость – 20000 руб.). Его номинальная емкость 200А*ч. Далее посчитаем какое количество аккумуляторов будет подключено параллельно: 2850А*ч:200А*ч = 16 шт. [2] Характеристики АКБ: 
Рисунок 3 - Аккумулятор SW-BP 24-200 Мы получили общее количество аккумуляторов необходимых, чтобы собрать аккумуляторную батарею для системы: 16 штук. 5 Выбор солнечных панелейДля расчета солнечной батареи необходимо прежде всего определиться с солнечной инсоляцией региона где будет эксплуатироваться система. Карелия, Петрозаводск. Период эксплуатации – с марта по сентябрь, наклон панели 45 градусов. Самое меньшее количество солнечной радиации – 77,3. [5] Делим это число на количество дней в месяце: 77,3:30 = 2,58 Таким образом мы получили среднее значение количества солнечных пиковых часов. Отсюда мощность солнечной батареи должна быть: 17102 Вт*ч/2,58 = 6628,68 Вт. Исходя из полученных данных выбираем подходящий на рынке Солнечный модуль One-Sun 250, представленный на рисунке 4, средней стоимостью 16600 рублей. [3] Характеристики One-Sun 250: 
Рисунок 4 - Вид панели Мощность модуля в точке максимальной мощности составляет 250 Вт. Делим мощность солнечной батареи на этот показатель модуля и получаем искомое значение: 6628,68 Вт / 250 Вт = 27 шт. 6 КонтроллерКонтроллер должен быть высоковольтным со стороны солнечных панелей (давать возможность панели собирать в последовательные сборки, т.е. наращивать напряжение). Солнечная панель One-Sun 250 имеет напряжение холостого хода 37.7В и ток около 8А. 
Рисунок 5 - Контроллер Таблица - Характеристики контролера Согласно полученным значениям, подбираем контроллер КЭС PRO MPPT 200/60, представленный на рисунке 5, с характеристиками из таблицы 1. Благодаря способности работать с высоким напряжением на входе (от массива солнечных панелей подключенных последовательно или параллельно-последовательно) данный контроллер обеспечивает максимальную эффективность солнечной электростанции даже в пасмурные дни. Ведь в пасмурные дни напряжение солнечных панелей не высоко и обычно не достаточно для заряда аккумуляторов, но с данным контроллером панели можно подключать не только параллельно (суммируя их ток), но и последовательно (суммируя напряжение). Таким образом, его будет хватать для процесса зарядки аккумуляторов даже в пасмурный день или при частичном затенении панелей [1]. 7 Окупаемость проектаВ таблице 4 сведены стоимости необходимого оборудования для энергетического комплекса. Таблица 4 – Расчет стоимости требуемого оборудования
Чтобы рассчитать экономическую окупаемость энергетического комплекса, необходимо узнать стоимость, затрачиваемую на обслуживание данного дома электроэнергией. Так как дом расположен в 3 км от ближайшей ЛЭП, то возникает необходимость в проведении кабельной линии. Промежуточные опоры устанавливаются каждые 50 м, соответственно на 3000 м понадобится примерно 60 опор. Стоимость промежуточной опоры СВ 95-3 – 4000 рублей. Также необходима анкерная концевая опора А 10-2, стоимостью 6650 рублей. Провод СИП-3, стоимостью 30 рублей за 1 м. Необходим и трансформатор 10/0,4 ТМ-25/6-10-65, стоимость 60000 рублей. Таблица 5 – Расчёт стоимости оборудования
С учётом монтажных работ, которые по примерной стоимости выйдут в 300000 рублей, получаем, что для подключения дома к местной электросети понадобится 872650 рублей. Стоимость 1 кВт*ч = 3,26 руб. по одноставочному тарифу на электроэнергию в доме, который находится в Петрозаводске. [4] Зная стоимость и потребление электроэнергии, подсчитаем затраты на электричество в год по формуле 1.  (1)Итого следует, что, например, за 15 лет проживания в доме, который подключен к местной электросети, тратится 1596150 рублей, расчёт приведён в формуле 2.  (2)Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что за 15 лет, взятых в расчётах, а это примерный срок службы АКБ в составе солнечной электростанции, установка окупится в 1,5 раза от своей стоимости, в сравнении с суммой, которую необходимо потратить на проведение ЛЭП и обслуживание дома в течении 15 лет, что видно в формуле 3.  (3)Следовательно можно сделать вывод, что при данных условиях подключение дома к собственной солнечной электростанции выгоднее, чем подключать дом к местной электросети. ЗаключениеОдним из наиболее перспективных вариантов развития альтернативной энергетики в промышленном, хозяйственном и частном секторе является солнечная энергетика. В использовании солнечной электростанции, несмотря на то, что это достаточно выгодный и экономичный метод, есть ряд плюсов и минусов. Плюсы использования солнечных электростанций: Солнечная энергия – это возобновляемая энергия, которая не может иссякнуть (по крайней мене в масштабах человеческого мышления). В запасе у нас еще минимум 5 миллиардов лет, чтобы использовать Солнце для получения электроэнергии. Этого более чем достаточно, учитывая, что запасы нефти, газа и угля могут иссякнуть в ближайшие столетия. Экологичность. Получение солнечной энергии по той технологии, которая применяется сейчас (с помощью солнечных панелей), не вредит окружающей среде. А те загрязнения, которые вырабатываются при производстве и транспортировке солнечных систем ничтожно малы по сравнению с тем, какой урон экологии планеты наносит добыча традиционных ископаемых. Большие возможности использования. Количество солнечного излучения, попадающего на Землю, достаточно для всего человечества. При правильной организации использования этой энергии на всей планете, человечество сможет обеспечить себя постоянным потоком электроэнергии всего из одного источника. Высокая технологичность процесса. При добыче угля и нефти идёт очень масштабный процесс, который связан не только с большими трудовыми затратами и может быть опасен для жизни. В технологии получения солнечной энергии роль человека сведена к минимуму, да и процесс производства нельзя назвать рискованным. Доступ к солнечной энергии можно получить в любой точке мира за редким исключением (города крайнего севера, где день может длиться от силы пару часов). Ни у одной страны в доступности к этому источнику не может быть привилегий, так как тут все равны. Разница лишь в уровне развития технологий, но это уже другой вопрос. Простота эксплуатации. Солнечные станции, особенно домашние, практически не требуют технического обслуживание. Пару раз в год требуют чистки модули, в остальном же станция стабильно служит в среднем 25 лет. Также большой плюс солнечных электростанций – их бесшумность. Экономия. Следует сразу оговорить, что речь идет об экономии в долгосрочной перспективе. Во многих странах работают различные государственные программы, направленные на поощрение использования гражданами и предпринимателями альтернативный источников энергии. Минусы использования солнечных электростанций: Высокая стоимость. Солнечная электростанция – удовольствие не из бюджетных, если говорить о разовом вложении средств. Выгоды, безусловно, от такой станции будет куда больше, но, опять же, в долгосрочной перспективе. При грамотной организации таких систем, с учетом всех базовых затрат, получение солнечной энергии обходится дешевле, чем электричество из сети. Изменчивость. Количество полученной энергии напрямую зависит от интенсивности солнечного излучения, так что, например, в российских широтах, летом СЭС работают эффективнее, чем в холодное время года. То же самое можно сказать и о пасмурных днях, и об утреннем и вечернем времени суток. Именно из-за этого системы без аккумуляторов на данный момент не могут использоваться в качестве основных источников энергии. Все это не такая уж и большая проблема, но все же могут возникать некоторые трудности. Дорогие системы хранения энергии. Чтобы использование электроэнергии было максимально эффективным, используются аккумуляторы, которые хранят ее запасы и сглаживают график ее подачи. Благодаря аккумуляторам система работает более стабильно, но на их покупку также придется потратиться. СЭС требует площадей. Это может быть земля, стена здания, либо же крыша, но место все же нужно выделить. [6] Библиографический список
Челябинск 2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||