Системы пожаротушения. Видеонаблюдение. Электрика. Система контроля и учета энергоресурсов. Современные интеллектуальные системы управления объектами.
Энергия солнца
|
Энергия солнцаГлавная / Энергия солнца
В условиях отсутствия достаточно сильного ветра, невыгодного для эффективной работы ветроустановок рельефа местности, закрытой от ветра территории, проблему энергоснабжения помогают решить солнечные батареи. Современные солнечные модули не требуют для выработки электроэнергии прямых солнечных лучей. Они заряжают аккумуляторы и при облачном небе, и в дождь, и в пасмурную погоду. Конечно, их мощность при этом уменьшается. Но, тем не менее, солнечные батареи работают практически в течение всего светового дня. Совместная работа ветроустановки и солнечного электрического модуля показывают очень хорошие результаты в условиях средней полосы России, а в южных регионах страны доля энергии, вырабатываемой солнечной батареей даже превышает долю ветроустановки. Фотоэлектрические модули способны вырабатывать достаточную электрическую энергию для питания энергосистем различного типа. В зависимости от области применения фотоэлектрические модули могут иметь разные конструктивные решения и разные выходные мощности. Также в зависимости от области применения выбирается тип, мощность и конфигурация фотоэлектрических модулей. Фотоэлектрические модули отличаются высокой надежностью, эффективностью и способность работать в различных климатических условиях. Солнечная электрическая установка с одним модулем выдает на аккумуляторную батарею в солнечную погоду до 7,8 ампер зарядного тока в течение всего времени, пока солнце над горизонтом. Это очень неплохо. 220 Вольт непрерывно в течение 10-12 часов. А два модуля соответственно удвоят количество вырабатываемой энергии. Учитывая то, что современный телевизор потребляет менее 100 Вт мощности в час, холодильник (работает 15-20 минут в час) примерно столько же, компьютер и того меньше, освещение можно обеспечить энергосберегающими лампами. Это хорошая альтернатива многим другим источникам электроэнергии. Использование альтернативных источников энергии в России распространено не очень широко, но, несомненно, будущее именно за ними. Электроэнергия бесплатно?! Разве это возможно?! Вполне. Солнце – это бесплатный, неисчерпаемый, экологически чистый источник энергии, не требующий добычи и транспортировки. Все это возможно при использовании солнечных батарей. Общая эффективность батареи во многом зависит от такого ее параметра, как номинальная мощность, очевидно, что чем она выше, тем больше электроэнергии может дать батарея. Разумеется, свое влияние оказывает и активность солнца. Как правило, мощность солнечных батарей для дома составляет порядка 700 Вт - этого вполне достаточно для электроснабжения загородного дома со среднесуточным энергопотреблением до 3 кВт ч/сутки.
Во-первых, такие батареи отличаются абсолютной безопасностью с экологической точки зрения. Они совершенно не загрязняют окружающую среду, поскольку их конструкция исключает какие-либо выбросы, не оказывают негативного воздействия на здоровье проживающих в доме людей, домашних животных, растений. Во-вторых, солнечные батареи для дома - великолепное решение с точки зрения украшения жилища. Дом, крыша которого оборудована батареями, смотрится современно и технологично. И наконец, к числу преимуществ описываемого источника питания может быть отнесена автономность и полная независимость от централизованного электроснабжения. Установив солнечную батарею для дома, его владелец может не беспокоиться о неожиданных отключениях электричества, которыми, увы, нередко грешат отечественные электрические сети. Надеемся на дальнейшую стабилизацию рынка в этом направлении, а также на законы, принятые государством, которые помогут нашему обществу, как и всему цивилизованному миру, продавать излишки, выработанные солнечными батареями в сеть (например, в Германии государство выкупает 1 кВт ч от солнечных батарей за 0,49 евро центов, что превышает рыночную стоимость от ЛЭП в несколько раз), что позволит частично разгрузить задыхающуюся энергосистему России. Рассмотрим варианты применения солнечных батарей. 1. Автономные фотоэлектрические системы Автономные фотоэлектрические системы используются там, где нет сетей централизованного электроснабжения. Для обеспечения энергией в темное время суток или в периоды без яркого солнечного света необходима аккумуляторная батарея. АФС часто используются для электроснабжения отдельных домов. Малые системы позволяют питать базовую нагрузку (освещение и иногда телевизор или радио). Более мощные системы могут также питать водяной насос, радиостанцию, холодильник, электроинструмент и т.п. Система состоит из солнечной панели, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, электрической нагрузки и поддерживающей структуры.
1-солнечные панели; 2-контроллер; 3-аккомуляторная батарея; 4-нагрузка.
2. Соединенные с сетью солнечные фотоэлектрические системы Когда есть сеть централизованного электроснабжения, но есть желание иметь электроэнергию от чистого источника (солнца), солнечные панели могут быть соединены с сетью. При условии подключения достаточного количества фотоэлектрических модулей, определенная часть нагрузки в доме может питаться от солнечного электричества. Соединенные с сетью фотоэлектрические системы обычно состоят из одного или многих модулей, инвертора, кабелей, поддерживающей структуры и электрической нагрузки. Пример соединенной с сетью системы
1-солнечные панели; 2-инвертор; 3-сеть; 4-нагрузка.
3. Резервные системы Резервные солнечные системы используются там, где есть соединение с сетью централизованного электроснабжения, но сеть ненадежна. Резервные системы могут использоваться для электроснабжения в периоды, когда нет напряжения в сети. Малые резервные солнечные системы электроснабжения наиболее важной нагрузки - освещение, компьютер и средства связи (телефон, радио, факс и т.п.). Более крупные системы могут также снабжать энергией и холодильник во время отключения сети. Чем больше мощность необходимая для питания ответственной нагрузки, и чем дольше периоды отключения сети, тем большая мощность фотоэлектрической системы необходима. Система состоит из фотоэлектрических модулей, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, инвертора, нагрузки и поддерживающей структуры.
Конфигурация резервной фотоэлектрической системы
Конфигурация резервной фотоэлектрической системы
1-солнечные панели; 2-инвертор; 3-батарея; 4-сеть; 5-нагрузка.
АНАЛИЗ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ В Г. СТАВРОПОЛЕ И СТАВРОПОЛЬСКОМ КРАЕ Ставрополь — южный город расположен на высоте рельефа местности относительно уровня моря 660 метров. Географические координаты – 45?03′00″ северной широты и - 41?59′00″ восточной долготы. Положение на 45-й параллели северной широты — главный фактор, определяющий климатические особенности, в первую очередь количество солнечного тепла. Самый короткий день — 22 декабря продолжается в Ставрополе 8 ч 44 мин, а самый длинный — 22 июня — 15 ч 37 мин. Большое количество солнечного тепла (суммарная солнечная радиация 121,3 ккал/кв. см в год) определяет длительный вегетационный период, который составляет 160 дней с 22 апреля по 15 октября. Ставропольский край расположен в центре Предкавказья, между 43°45' - 46°15' северной широты и 40°50' - 45°40' восточной долготы. Центральную часть занимает Ставропольская возвышенность, состоящая из отдельных останцовых плато, высотой до 831 м - гора Стрижамент.
СОЛНЕЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ РОССИИ
МЕСЯЧНЫЕ И ГОДОВЫЕ СУММЫ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, кВт*ч/м²
В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м², достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1 000 Вт/м². В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100-150 кг у.т./м² в год. Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно "собрать" этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. ВЫВОД: На широтах Финляндии и Северо - Запада России солнце светит в среднем 1684 ч. в год, т.е. примерно 4,7 ч в день. Годовой уровень излучения солнечной энергии составляет около 1000 кВт•ч на 1 м² панели. На широте Ставропольского края солнце светит больше 2000 ч. в год. Солнечная электрическая установка с одним модулем выдает на аккумуляторную батарею в солнечную погоду до 7,8 ампер зарядного тока в течение всего времени, пока солнце над горизонтом. Это очень неплохо. 230 Вольт непрерывно в течение 10-12 часов. А два модуля соответственно удвоят количество вырабатываемой энергии. Учитывая то, что современный телевизор потребляет менее 100 Вт мощности в час, холодильник (работает 15-20 минут в час) примерно столько же, компьютер и того меньше, освещение можно обеспечить энергосберегающими лампами. Это хорошая альтернатива многим другим источникам электроэнергии. Как правило, мощность солнечных батарей для дома составляет порядка 700 Вт - этого вполне достаточно для электроснабжения загородного дома со среднесуточным энергопотреблением до 3 кВт ч/сутки.
ТАБЛИЦА ПРИМЕРНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Мощность каждого потребителя измеряется в ваттах и указана в паспорте изделия. Рекомендуем для освещения применять компактные люминесцентные лампы при сравнении с лампой накаливания потребление электроэнергии в 5 раз меньше при том же световом потоке.
Нашими компаньонами запущено производство литий-ионных систем автономного электроснабжения премиум-класса UltraSolar PRO на базе силового оборудования Schneider Electric. Компактный размер, бесшумность, долговечность аккумуляторного блока, длительный период автономного электроснабжения при отключении сети и возможность увеличения времени автономной работы за счет добавления солнечных батарей, - вот главные отличия UltraSolar PRO от стандартных источников бесперебойного питания (ИБП). С помощью UltraSolar PRO появляется возможность сделать свой дом независимым и построить его даже в том месте, где вообще нет традиционного электроснабжения. Впервые в России совмещено надежное силовое оборудование Schneider Electric и инновационные технологии хранения энергии в автономном и резервном энергоснабжении. Традиционные системы бесперебойного электроснабжения недолговечны, поскольку хранят энергию в свинцовых аккумуляторах с малым сроком службы. Кроме того, свинцовые аккумуляторы требуют довольно тепличных условий, обслуживания, особенно для работы в режиме постоянный разряд-заряд, и склонны к неожиданному завершению срока службы. Такой внезапный отказ свинцовых аккумуляторов в условиях отключения коммунальной электросети приводит к отключению автоматики и полному разрушению отопительной системы здания в зимнее время. Вместо них, по примеру передовых европейских компаний, мы научились применять промышленные литий-ионные аккумуляторы, срок службы которых на порядок больше, а надежность и, в частности, морозостойкость, значительно выше чему их свинцовых «прадедушек». UltraSolar PRO – полностью готовая к эксплуатации компактная бесшумная литий-ионная электростанция. В зависимости от выбранной конфигурации она обеспечит автономное электроснабжение объекта со среднесуточным потреблением от 7 до 25 киловатт-часов и номинальной мощностью от 4,5 до 54 кВт (до 24 часов полной автономности по электричеству и даже выше). В сочетании с солнечными батареями, такая система обеспечит Ваш дом собственной электроэнергией, поэтому можно будет забыть про социальную норму электропотребления и рост энерготарифов. Какие преимущества получает пользователь UltraSolar PRO?:
Применение автономных и энергосберегающих осветительных систем.
В рамках проводимой в стране компании по энергосбережению и обеспечению электроэнергией отдаленных районов целесообразно применить эти системы для освещения улиц и дорог, а также территорий прилегающих к приусадебным участкам. Благодаря использованию автономных систем освещения – можно увеличить экономию электроэнергии до 90%. Характеристики:
Типовые технические характеристики АОС:
Режим работы автономной системы запрограммирован следующим образом:
СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Все более актуальным с каждым годом становится вопрос сокращения затрат на энергоресурсы, необходимые для отопления и горячего водоснабжения. Кризис и удорожание энергоресурсов вызывают новый интерес к альтернативным источникам энергии. Развитые страны пошли по пути замещения традиционных энергоресурсов солнечной энергией. Солнечные коллекторы собирают тепло для того, чтобы нагреть воду. В зависимости от потребности в количестве тепла и горячей воды на крыше здания и южной стороне устанавливаются коллекторы, состоящие из тоненьких трубочек, по которым в бак-аккумулятор подается вода. Солнце нагревает воду, вода накапливается в баке и потом используется для обогрева или горячего водоснабжения. Все гениальное – просто. В системе могут использоваться:
Вот пример оборудования коттеджа: Примерный состав оборудования на 2-х этажный коттедж общей площадью 120м². Энергетическая потребность этого дома за год – 5350 кВт/ч, из них отопление 2300 кВт/ч, горячее водоснабжение 3050 кВт/ч. Площадь солнечного коллектора 42 м². Ежегодно он собирает и отдает 9017 кВт/ч тепловой энергии в аккумулятор объемом 30 м³. На отопление используется 25% энергии, на горячее водоснабжение 34%, возмещение потерь при хранении тепла 41%. Вода для хозяйственных нужд нагревается в баке объемом 3 м³. В качестве изоляционного материала в доме используется минеральная вата толщиной 30 см. Существуют также целые комплексные системы теплообеспечения и электроснабжения зданий с использованием солнечной энергии. Их составляющими являются солнечные коллекторы и солнечные батареи. Такие системы позволяют обеспечить дом не только горячей водой, но и отоплением и электроэнергией. Для автоматизации процесса и обеспечения наиболее эффективного режима работы комплексной системы используется центр управления, построенный на базе микропроцессорного контроллера. Рассмотрим принцип построения, монтажа и эксплуатации солнечной системы горячего водоснабжения небольшого дома (коттеджа) На месте коллекторы устанавливаются так, чтобы их поверхность была направлена на юг с допустимым отклонением на восток до 20o, на запад – до 30o. Превышение допустимых отклонений вызывает заметное снижение теплопроизводительности коллекторов. Угол наклона солнечного коллектора к горизонту является постоянным и выбирается в зависимости от условий работы системы. Для системы, работающей круглый год ,угол наклона коллектора равен географической широте места установки, для работающей только в летний период – широте местности минус 15o, и для работающей только в зимний период – широте местности плюс 15o. При работе в составе систем теплоснабжения солнечные коллекторы не требуют постоянного наблюдения и регулярного обслуживания, кроме периодических внешних осмотров с целью контроля герметичности соединений (не менее одного раза за сезон) и периодической очистки светопоглощающих поверхностей, предотвращающей неизбежное при загрязнении падение эффективности. Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 600 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы). Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м². Солнечный коллектор имеет площадь в 2 кв.м. Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглащающим слоем и имеет практически 95% поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление 5 см минеральной ваты. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры например в 50 градусов, получим потери равные 0,035/0,05 * 50 = 35 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. Итого примем теплопотери двухметрового солнечного коллектора равными 100 Вт. Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м², вычитаем теплопотери и получаем величину 700Вт/м². Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*град. Соотношение между тепловыми Ваттами и Джоулями таково: 1 Ватт*час = 3600 Дж. Т.е. на нагревание 1 кг воды (1 литра) на один градус требуется примерно 1,16 Вт. Исходя из этих величин, мы можем вывести условную величину для солнечного коллектора, площадью в 2 кв.м. 1400 / 1,16 = 1206,9. Для удобства будет ее считать = 1200 /кг*град. Формально, это соотношение, сколько килограммов воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе площадью в 2 м². Конечно, тут не учтены все теплопотери коллектора. Ведь по мере его разогревания, он начинает излучать конвекционное тепло и со своей лицевой поверхности. Цифру 1200 можно считать действительной только для температур в пределах 10-70 градусов. Итак, посмотрим, что значат эти 1200 /кг*град. Это значит, что солнечный водонагреватель нагреет за 1 час: 250 литров на 5 градусов, 2 коллектора - на 10 градусов; 200 литров на 6 градусов, 2 коллектора - на 12 градусов; 100 литров на 12 градусов; 50 литров на 24 градусов. Средняя продолжительность светового дня составляет 6 часов в сутки. Летом это величина больше, зимой, соответственно, меньше. Кроме простоты изготовления, другое не менее важное достоинство заключается в том, что в отличие от солнечных батарей, коллектор способен уловить и преобразовать в тепло более 90% попавшего на него солнечного излучения, и даже при лёгкой облачности его КПД превосходит КПД солнечной батареи.
Солнечная радиация нагревает незамерзающую жидкость, циркулирующую по солнечному контуру. Циркуляция обеспечивается электрическим насосом, мощностью 50 вт. Циркуляционный насос работает при температуре воды в теплообменном аккумуляторном баке ниже 80 градусов Цельсия (защита бака от разрыва при кипении), и одновременно при условии, что температура жидкости на входе из солнечного контура в бак выше температуры воды в баке. В системе применены медные трубы для жидкости, т.к. в солнечных коллекторах используется медь, давление жидкости в солнечном контуре должно быть в пределах 4-5 атмосфер. Для поддержания давления предусмотрен расширительный бак. При сильном солнце температура на выходе коллекторов достигает 220 градусов Цельсия. Для уменьшения потерь тепла при передаче его к баку, их необходимо хорошо утеплить. Для предотвращения разрыва труб и соединений предусмотрен предохранительный клапан. Тепло от солнечных коллекторов поступает в теплообменный контур бака и нагревает воду контуров отопления и горячего водоснабжения. В зависимости от типа и характеристик выбранного оборудования, системы солнечных коллекторов окупают себя в срок от 3-х до 5-ти лет.
Мы предлагаем компактные, мобильные, полностью автоматизированные, экологически чистые источники электрической энергии.
|