Потенциал Солнечной энергетики в России
В Забайкальском крае и других субъектах Российской Федерации существует большое количество удаленных районов, централизованное энергоснабжение которых является невозможным или крайне нерентабельным. Электричество там получают при помощи дизельных электростанций. Стоимость электроэнергии при этом значительно завышается из-за издержек, связанных с закупкой и доставкой топлива, а качество и бесперебойность электроснабжения оставляют желать лучшего, что ухудшает условия проживания местного населения. Эффективное использование альтернативных источников энергии позволит обеспечить экологически чистой и неисчерпаемой энергией данные проблемные районы без значительных финансовых потерь для государства.
Использование энергии альтернативных источников в частном секторе или промышленности ведет к независимости в отношении обеспечения электричеством и теплом зданий и сооружений, либо к значительной экономии средств на закупку централизованных энергоносителей.
Альтернативные источники энергии также часто называются возобновляемыми, поскольку они являются условно неисчерпаемыми. Кроме того большинство альтернативных источников энергии являются безвредными для окружающей среды, что благоприятно влияет на экологическую обстановку.
Альтернативная энергетика имеет очень большое значение в зарубежных энергетических системах. На рисунке 8 приводится диаграмма, отражающая долю использования альтернативной энергии в зарубежных странах (приводится 5 лидеров в данном направлении).
|
|
|
Рисунок 8 – Доля использования альтернативной энергии
Отмечается, что ежегодный прирост использования альтернативных источников в мире в среднем составляет порядка 15-20 %. Некоторых европейские страны, такие как Дания, Норвегия, Португалия имеют глобальные планы на полный переход к возобновляемым источникам энергоснабжения.
К сожалению, в настоящее время в Российской Федерации и, в частности, в Забайкальском крае доля использования возобновляемых источников энергии крайне мала, не смотря на их колоссальные запасы. Но уже прослеживаются первые шаги на государственном уровне, призванные увеличить долю альтернативных источников. Например, из сообщения пресс-службы министерства территориального развития Забайкальского края известно, что Губернатор Забайкальского края А.М. Осипов отметил: «Использование альтернативных и возобновляемых источников энергии – это чрезвычайно важное направление, очень хороший пример того, как нужно действовать, чтобы жизнь людей улучшалась». Также работы в данной сфере соответствуют приоритетному направлению развития науки, технологии и техники Российской Федерации (утвержденному президентом Российской Федерации В.В. Путиным 21 мая 2006 г., Пр-843) «энергетика и энергосбережение» и указу Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 года № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года».
|
|
|
К основным источникам альтернативной энергии относят:
1) Гидроэнергия (ГЭС, приливные электростанции).
2) Энергия ветра.
3) Солнечная энергия.
4) Геотермальная энергия.
5) Биоэнергия.
Оценивая потенциал Забайкальского края на предмет наличия ресурсов альтернативной энергии, можно сделать вывод, что одним из самых перспективных её видов является солнечная энергия. На рисунке 9 приводится объем суммарной среднедневной солнечной радиации, поступающей на 1 м2 в различных областях Российской Федерации.
Рисунок 9 - Среднедневной объем солнечной радиации на м2
Из рисунка видно, что Забайкальский край характеризуется наличием высокого уровня солнечной радиации (4,5-5 кВт*ч/м2 в день), а также обладает высокой продолжительностью солнечного сияния (2000 часов в год). При этом использование гелиопотенциала является целесообразным, если продолжительностью солнечного сияния составляет не менее 2000 часов в год, а уровень солнечной радиации не ниже 3,3 кВт*ч/м2 в день [3]. Данные показатели ставят Забайкальский край на лидирующие позиции по возможностям использования солнечных энергоресурсов в Российской Федерации. Использование солнечных электростанций в Забайкальском крае, как альтернативных источников электроэнергии, позволит решить множество проблем общепромышленного и частного электроснабжения.
|
|
|
Но, несмотря на все преимущества использования солнечной энергии, существует ряд серьезных проблем, значительно ограничивающий доступность и сферу её применения.
Анализ существующих аналогов
В настоящее время, аналогов следящих систем за положением солнца для солнечных электроустановок, достаточно много. Обычно данные системы являются дорогостоящими, в случае, когда, они обладают достаточно большим функционалом, например, наличие датчиков ветра, града для защиты солнечных панелей. Также на рынке встречается много бюджетных аналогов системы. Как правило, они рассчитаны только на подключение одной солнечной панели, и не имеют возможности анализировать вырабатываемую мощность системы.
|
|
|
Рассмотрим аналоги, более подходящие под тему проекта:
1. Системы «SOLARSAN-GPS» состоящий из одного блока управления.
Преимущество данного аналога заключается в том, что он производит позиционирование панели при помощи показаний gps/ГЛОНАСС. Данные системы позиционирования являются достаточно точными. Также преимуществом является возможность подключения датчиков града и ветра. Также основным преимуществом является его цена, она составляет порядка 7000 р.
Как и любые системы данной ценовой категории, эта система имеет ряд недостатков. Такие как, отсутствие возможности подключение нескольких поворотных установок. Обратная связь для позиционирования имеет относительно большую погрешность, и для её уменьшения необходимо нагромождать механическую часть магнитами, вокруг вращающегося вала, что не всегда удобно. Также существенным недостатком является отсутствие просмотра текущих характеристик панелей и отсутствие сбора информации о ней.
Разрабатываемая система хоть и не обладает датчиками ветра и града, но лишена данных недостатков и является хорошо расширяемой. Например, существует возможность модернизации системы, при помощи добавления в систему различных датчиков, так как на блоке управления реализовано два интерфейса передачи данных. Имеется возможность подключения нескольких поворотных установок к одному устройству управления, что значительно сказывается на цене установки. Также позиционирование по мощности является самым эффективным способом позиционирования солнечных панелей, так как учитывает не только приблизительное положение солнца.
2. Система Гелиостат использует импульсное регулирование и без вмешательства извне способна ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Она состоит из тактового генератора, двух интегрирующих цепей, такого же числа формирователей, двух инверторов, датчиков освещенности и транзисторного коммутатора направления вращения электродвигателя, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея.
В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).
Недостатками данной системы является позиционирование только в одной плоскости, высокая сложность схемы управления, использование высокочастотных импульсных сигналов, генерирующих помехи, использование дополнительных датчиков для косвенных измерений, снижающих точность позиционирования.
3. Система «Гелиослежение» фирмы Селтек предназначена для слежения по азимуту и углу возвышения (углу места, элевации) за Солнцем такими объектами как солнечная панель (солнечная батарея), водонагреватель (гелиосистема), концентратор и зеркало (гелиостат). Для выполнения этой задачи поворотное устройство состоит из механической части (позиционера по двум осям) и электропривода с редукторами. Блок управления (контроллер) дает возможность автоматического слежения за Солнцем.
Недостатками системы является высокая стоимость (порядка 50 000 рублей) и пассивный метод позиционирования.
4. Гребенчатая фотоэлектрическая станция TRAXLE с линейным концентратором, где за положением Солнца и управлением положением опорно-поворотного устройства следят два односторонних фотоэлектрических датчика. Недостатком является высокая стоимость, а также использование дополнительных датчиков.
Под системой управления которая разрабатывается, понимается два устройства: блок обратной связи, а также блок управления, которое будет получать информацию с датчиков.
Для того, чтобы наглядно продемонстрировать функциональные возможности системы управления поворотными установками солнечной электростанции, эти возможности следует разделить по отдельным устройствам. Также возможности продемонстрированы на рисунке 10 в виде диаграммы вариантов использования.
Рисунок 10 – Диаграмма вариантов использования
Разрабатываемый проект должен отвечать следующим требованиям:
- невысокая стоимость и простота производства и эксплуатации;
- возможность автоматического позиционирования по двум осям;
- автономное питание от управляемой солнечной батареи (электростанции);
- использование алгоритма позиционирования батарей с максимальным приростом вырабатываемой мощности и минимальными энергетическими затратами;
- возможность использования системы управления одновременно для нескольких батарей;
- обеспечение стандартными средствами защиты и самодиагностики.
В рамках проекта разрабатывается два типа поворотных установок: миниатюрная и полноразмерная. Предполагается, что несколько поворотных установок должны иметь возможность объединения в солнечную электростанцию. Алгоритм ориентирования, предложенный в данной работе, предполагает сканирование участка небосвода с последующим ориентированием в оптимальную точку. Первый этап требует основных энергетических затрат. Данные затраты можно минимизировать, если в качестве сканирующего устройства использовать миниатюрную поворотную установку с низким энергопотреблением. Миниатюрная установка будет осуществлять поиск оптимальной точки на небосводе, а затем остальные установки будут позиционироваться в данную точку.
Каждая установка должна снабжаться датчиками положения (гироскоп/потенциометры), соединенными специальными интерфейсами с блоком обратной связи. За управление исполнительными механизмами каждой из поворотных установок отвечает свой силовой блок управления (БУ). Создание отдельного БУ позволяет реализовать разные схемы управления для различных исполнительных механизмов без потери унификации управляющих сигналов.
Все устройства взаимодействуют с центральным контроллером. Контроллер является основным управляющим устройством в системе. Все это обеспечивает высокую ремонтопригодность и простоту расширяемости системы. Для взаимодействия с оператором к контроллеру по отдельному интерфейсу подключается блок ввода/вывода.
Все устройство, используемые в комплексе, должны будут соответствовать условиям эксплуатации на объекте конечного потребителя, и обеспечивать требуемую надежность функционирования системы в целом.
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 55; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!