Развитие Солнечной энергетики в мире
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Забайкальский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)
Энергетический факультет
Кафедра информатики, вычислительной техники и прикладной математики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Чита
2020
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Забайкальский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)
Энергетический факультет
Кафедра информатики, вычислительной техники и прикладной математики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К лабораторной работе
По дисциплине: Технология Программирования
На тему «Разработка блоков системы управления поворотными установками солнечной электростанции»
Выполнил студент группы ВМК-16 Кискин Дмитрий Александрович
Руководитель работы: Зав. кафедрой ИВТ и ПМ, к. т. н., доцент Валова Ольга Валерьевна
 |
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 4
1 Постановка и анализ задачи. 5
1.1 Описание предметной области. 5
1.2 Развитие Солнечной энергетики в Мире. 11
1.3 Потенциал Солнечной энергетики в России. 12
1.4 Анализ существующих аналогов 15
2 Анализ данных. 20
3 Аппаратная реализация. 24
4 Документирование. 26
4.1 Техническое задание. 26
4.2 Руководство пользователя. 28
|
|
|
Приложение А.. 30
Приложение Б. 31
 | |||||||
 | |||||||
 | |||||||
 | |||||||
ВВЕДЕНИЕ
Целью работы является разработка основных программных документов, которые должны соответствовать теме лабораторной работы.
Поставленная цель достигается путем разработки устройства управления, которое сосредотачивая в своей внутренней памяти показания различных датчиков, будет подавать реверсивное напряжение на двигатель постоянного тока, изменяя направление вращения, а также включая и отключая его.
Помимо показаний датчиков, для более точных результатов вычислений, устройству управления требуются данные. Для этого будет разработан и реализован блок обратной связи, который будет контролировать параметры каждой поворотной установки.
Постановка и анализ задачи
Описание предметной области
В настоящее время энергоснабжение является одним из важнейших элементов обеспечения приемлемого качества жизни современного человека. Без тепла и электричества невозможно представить ни одну область жизнедеятельности любого государства, будь то промышленное производство, сфера социального обслуживания, образование и наука. Можно с уверенностью сказать, что текущий уровень развития современного общества был достигнут именно благодаря достижениям в энергетике. С другой стороны, все это создает серьезную энергетическую зависимость, которая ведет к самым разнообразным негативным последствиям, таким как постоянные военно-политические конфликты за традиционные источники энергии и катастрофические масштабы загрязнения окружающей среды. Данные проблемы значительно ухудшают качество внешнего окружения и, соответственно, уровень жизни определенной доли населения планеты. Возможным путем решения является переход на так называемые альтернативные источники энергии.
|
|
|
Солнечная энергия самый оптимальный способ использования альтернативных источников электроэнергии в Забайкальском крае, позволяющий решить множество проблем общепромышленного и частного электроснабжения.
Для выработки максимальной мощности из солнечной энергии целесообразно позиционировать батареи солнечных панелей в вертикальной и горизонтальной плоскостях при помощи специального механизма – поворотной установки [1].
Система управления поворотной установки состоит из следующих элементов: центральный контроллер, блок ввода/вывода, блок управления, блок обратной связи.
|
|
|
Для взаимодействия с оператором к центральному контроллеру по отдельному интерфейсу I2C подключается блок ввода/вывода. В рамках проекта разрабатывается универсальный блок ввода/вывода, структурная схема которого приводится на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема блока ввода/вывода
Блок использует в основе микроконтроллер ATmega328, снабжен двустрочным ЖК-дисплеем и набором кнопок для взаимодействия с меню и сброса блока и центрального контроллера.
Обобщенная структура блока управления приводится на рисунке 2. Центральным элементом блока является микроконтроллер ATmega328, который обеспечивает взаимодействие элементов блока с центральным контроллером по интерфейсу RS-485.
Данный блок получает два типа питания от блока обратной связи: силовое и цифровое. Исполнительные механизмы управляются разными способами.
Рисунок 2 – Структурная схема блока управления
Для контроля всех параметров поворотной установки используется блок обратной связи, схема которого приводится на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема блока обратной связи
Микроконтроллер ATmega644 собирает информацию со всех возможных датчиков положения, и предает эту информацию по интерфейсу RS-485 центральному контроллеру. А также он измеряет потребляемую и вырабатываемую данной установкой мощность.
|
|
|
В итоге была разработана модель миниатюрной поворотной установки, определены её главные характеристики. В ходе работы составлены схемы для управления и взаимодействия основных механизмов.
При практическом применении, предполагается, что несколько поворотных установок должны иметь возможность объединения в солнечную электростанцию, способную работать согласовано. Алгоритм ориентирования, предложенный в данной работе, предполагает сканирование участка небосвода с последующим ориентированием в оптимальную точку. Первый этап требует основных энергетических затрат, связанных со сканированием небосвода. Данные затраты можно минимизировать, если в качестве сканирующего устройства использовать миниатюрную поворотную установку с низким энергопотреблением. Таким образом, солнечная электростанция должна состоять из нескольких полноразмерных установок и одной миниатюрной. Миниатюрная установка будет осуществлять поиск оптимальной точки на небосводе (и одновременно вырабатывать полезную электроэнергию), а затем остальные установки будут позиционироваться в данную точку. Схема предложенной системы вместе с элементами управления приводится на рисунке 4.
Данная схема описывает генерирующую часть электростанции, абстрагируясь от элементов потребителя, таких как инверторы и коммутационная аппаратура. Как видно из схемы, солнечная электростанция состоит из n полноразмерных и одной миниатюрной поворотных установок. Каждая установка снабжается требуемыми датчиками положения (ДП), соединенными специальными интерфейсами с блоком обратной связи (БОС), через который также проходят силовые линии от солнечных панелей к аккумуляторной батарее. За управление исполнительными механизмами каждой из поворотных установок отвечает свой силовой блок управления (БУ). Вынесение БУ в отдельный модуль позволяет реализовать разные схемы управления для различных исполнительных механизмов без потери унификации управляющих сигналов. Состояние заряда аккумуляторной батареи отслеживает контроллер заряда (КЗ).
Рисунок 4 – Схема солнечной электростанции
Все устройства взаимодействуют с центральным контроллером по цифровому интерфейсу RS-485. Контроллер является основным управляющим устройством в системе. Он получает информацию от всех остальных блоков, выполняет алгоритм управляющей программы и отправляет требуемые сигналы-воздействия. Все это обеспечивает высокую ремонтопригодность и простоту расширяемости системы – количество элементов изменяется простой перенастройкой программы контроллера. Физически интерфейс RS-485 является шиной и позволяет подключать бесконечное количество устройств, при условии использования ретрансляторов. Сам контроллер может быть реализован разными способами. В рамках работы планируется создание собственного контроллера на базе программируемого микроконтроллера ATmega644, внешний вид которого приводится на рисунке 5. В этом случае контроллер нужно будет снабдить блоком питания, преобразователями интерфейса UART - RS-485 для связи с внешними устройствами, и часовым блоком с независимым питанием для отсчета временных интервалов.
Рисунок 5 – Микроконтроллер ATmega644
По желанию потенциального заказчика контроллер может быть выполнен на базе программируемой платы Arduino, либо на базе промышленного логического контроллера, например фирмы ОВЕН (рисунок 6), что приведет к удорожанию системы.
Рисунок 6 – Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК150
Независимо от исполнения, контроллер будет иметь возможность связи с персональным компьютером (ПК) для сбора статистической информации, а также удобной настройки системы. Для этого реализуется специальная программа для ПК, внешний вид главного окна которой приводится на рисунке 7.
Рисунок 7 – Главное окно программы ПК
Для взаимодействия с оператором к контроллеру по отдельному интерфейсу I2C подключается блок ввода/вывода (БВВ). В качестве блока ввода/вывода может выступать промышленная панель оператора, например фирмы ОВЕН, но это также приведет к удорожанию системы. В рамках проекта разрабатывается универсальный блок ввода/вывода.
Центральным элементом блока является программируемый микроконтроллер ATmega328, который обеспечивает взаимодействие элементов блока с центральным контроллером по интерфейсу I2C.
Развитие Солнечной энергетики в мире
Китай и Япония сейчас занимают 50% мирового рынка солнечной энергетики. Китай объявил о намерении получить 35 ГВт энергии от солнечных установок в 2016 году. Такое намерении стимулируется необходимостью снизить загрязнения окружающей среды вследствие сжигания ископаемого топлива при все увеличивающихся потребностях в энергии.
Японская Ассоциация фотоэлектрической энергии (Photovoltaic Energy Association) предсказывает, что к 2030 году мощность солнечных станций в стране достигнет 100 ГВт. Индия планирует увеличить мощность солнечных установок с 2 ГВт до 20 ГВт в среднесрочной перспективе. Последние тенденции в Индии показывают, что стоимость солнечной энергии достигла уровня 100 долларов за Мегаватт, что сравнимо с энергией, получаемой из импортного угля или газа [2]. Автономные солнечные установки и микро-сети развиваются в Африке, где только 30 процентов территории, расположенной южнее Сахары, имеют доступ к источникам энергии. Африка, как и другие регионы с мощной добывающей промышленностью, развивают солнечную энергетику как альтернативу дизельным электростанциям либо как резервный источник для ненадежных электросетей. Нужно иметь в виду, что цена киловатта солнечной энергии уменьшается вдвое каждые 2,5 года и уменьшилась в 100 раз с 1977 года, причем не видно каких-либо причин для изменения этого тренда в будущем. Расчеты показывают, что 1% имеющихся в мире пустынь могут обеспечить выработку всей энергии, какую сейчас использует мир, а 25% мировых пустынь могут поставлять в 25 раз больше энергии, чем мы сейчас используем.
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!