3.1 Одиночные солнечные и ветровые системы электроснабжения
Основным параметром ,характеризующим систему на основе одиночной ФЭУ, и в зависимости от которого устанавливаются остальные параметры, является ее мощность РФЭУ (Втлик) , которая определяется по следующей формуле [100]:
,
где - площадь световоспринимающей поверхности установки, м2;– плотность потока солнечного излучения, поступающего на поверхность солнечной фотоэлектрической установки в расчетный час года, Втч/м2;- КПД солнечной установки.
Энергетическая эффективность солнечной установки, как правило определяется соотношением:
где - КПД солнечного элемента (СЭ);- коэффициенты, учитывающие различные потери (коммутацию, частичное затенение фотоактивной поверхности установки элементами конструкции, схемные потери, потери в линзовом блоке и т.д.).
Значение КПД солнечного элемента в формуле () принимается постоянным (пиковым), измеренным при стандартных условиях – АМ1.5, 25, 1000 или 850 Вт/м2 в зависимости от типа солнечного модуля.
Полученное при этом расчетное значение мощности, вырабатываемой СФЭУ, может отличаться от действительного значения, прежде всего из-за вариации плотности потока и спектрального состава падающего СИ, а также температуру солнечных элементов и линзовых концентраторов [67, 80, 109,114, 122].
Солнечная радиация, поступающая на фотоэлектрические модули, определяется следующим образом [75, 76]:
где
- прямая солнечная радиация, Вт/м2;
- диффузная солнечная радиация, Вт/м2;
- отношение косинуса угла падения луча на наклонной поверхности к косинусу угла падения на горизонтальной поверхности;
- индекс анизотропии ();
–средняя солнечная радиация, поступающего вне атмосферы земли, Вт/ м2;
- наклон поверхности;
- коэффициент,();
- Суммарная солнечная радиация, (G =),Вт/м2
Расчет коэффициента снижения выработки электроэнергии СФЭУ при производстве электроэнергии при нормальных условиях [73,74]
Параметры |
Значение |
Диапазон |
Фотоэлектрический модуль |
0.95 |
0.80 – 1.05 |
КПД инвертора |
0.92 |
0.88 - 0.97 |
Схемные потери |
0.98 |
0.97 - 0.995 |
Коммутационные коробки |
0.995 |
0.99 - 0.997 |
Потери в кабелях постоянного тока |
0.98 |
0.97 - 0.99 |
Потери в кабелях переменного тока |
0.99 |
0.98 - 0.93 |
Загрязнение поверхности |
0.95 |
0.30- 0.995 |
Пригодные системы |
0.98 |
0.00 - 0.995 |
Затемнение |
1.00 |
0.00- 1.00 |
Слежение за солнцем |
1.00 |
0.95 - 1.00 |
Срок старения |
0.95 |
0.70 - 1.00 |
Полный коэффициент потерь |
0.77 |
|
Выработка электроэнергии от СФЭУ выражается следующем образом:
,
где
- среднесуточные солнечные часы (ч/сутки), которые определяются:
Основным параметром,характеризующем систему на основе ВЭУ, также как и в случае с СФЭУ, является требуемая для обеспечения потребностей автономного потребителя в электроэнергии расчетная мощность ВЭУ На практике , при определении параметров ВЭУ для электроснабжения потребителявозникает необходимость установления связи между величиной суточного потребления энергии и требуемой мощностью ВЭУ. В этом случае предлагается сначала определить требуемую площадь обметаемой поверхности ВЭУ, а затем в соответствии с полученным значением установить минимальную среднюю мощность ВЭУ. С одной стороны, средняя мощность на валу ВЭУ может быть определена из выражения [87,101]:
,
где
- КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную (отн.ед.);
F – площадь поверхности, ометаемой ветроколесом(м2);
–средняя удельная мощность ветра на уровне ступицы ветроколеса (Вт/м2), которая равна [101]:
,
где
–коэффициент распределения скорости ветра;
–плотность воздуха на уровне ступицы ветроколеса (кг/м3);
среднемесячная скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса (м/с), минимальная в пределах выбранного промежутка времени;
С другой стороны:
где
–число часов в сутки, в течение которых эксплуатируются ВЭУ (ч);
общий коэффициент (отн.ед.),учитывающий все потери при передаче энергии от ветроагрегата к потребителю, который определяется по формуле:
где
–коэффициент, учитывающий ухудшение номинальных характеристик ветроагрегата из-за влияния погодных условий (снег, дождь, обледнение) (отн.ед.);
–КПД регулятора заряда АБ (отн.ед.);
- КПД АБ (отн.ед.);
Приравнивая выражения ()и () учитывая (), получим следующую формулу для определения минимальной требуемой площади поверхности, ометаемой ветроколесом:
где - коэффициент (кг.ч/м3), который определяется выражением:
Пологая, что для современных моделей КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную составляет около 25%[102]; число часов в сутки, в течение которых эксплуатируется ВЭУ – 24 часа и плотность воздуха – 1,225 кг/м3 , величина составит 7 кг.ч/м3 .
Согласно значению ометаемой поверхности ветроагрегата, полученному из выражения (), можно по формулам () и () определить мощность ветроагрегата, которую должна вырабатывать ВЭУ при минимальной в пределах расчетного периода года среднемесячной скорости ветра. Затем в соответствии с кривыми мощностей различных моделей ВЭУ выбирается установка, способная выдавать требуемое значение мощности при характерной скорости ветра.