1 2
Содержание
Общие введение……………………………………………………….5
Глава I: Общие сведения об автономной фотоэлектрической энергии и устройствах хранения
I. 1 Введение…………………………………………………………6
I. 2 Солнечная энергия……………………………………………..7
I. 2. 1 Солнечная радиация…………………………………………8
I. 2. 2 Имеющееся солнечное месторождение на поверхности Земли………………………………………………………………….9
I. 2. 3 Параметры положения……………………………………….9
I. 3 фотоэлектрическая энергия…………………………………..11
I. 3. 1 фотоэлектрическая ячейка……………………………….…11
I. 3. 1. 1. Принцип работы солнечного элемента………………..11
I. 4. Электрические характеристики фотоэлектрического модуля ………………………………………………………………..12
I. 4. 1. Характеристики Тока / Напряжения/мощность…………12
I. 4. 2. Влияние уровня освещенности на фотоэлектрический модуль…………………………………………………………………13
I. 4. 3. Влияние температуры клеток на фотоэлектрический модуль………………………………………………………….……..14
I. 5. Солнечные электростанции…………………………………..15
I. 5. 1.Компоненты автономной фотоэлектрической системы…16
I. 5. 1.а Фотоэлектрический генератор……………………………17
I. 5. 1.b Накопление энергии……………………………………….18
I. 5. 1.с Регулирование ………………………………………….….25
I. 5. 1.d Инверторы …………………………………………………28
I. 5. 1.e Нагрузка……………………………………………………..30
I. 6. Установка фотоэлектрического генератора…………….….31
I. 6. 1. Ориентация и наклон фотоэлектрического генератора..31
I. 6. 2. Крепление модулей………………………………………….31
I. 6. 3. Установка аккумуляторных батарей……………………..32
I. 7. Тип фотоэлектрических систем……………………………….33
I. 7. 1. фотоэлектрическая система подключенная к сети………33
I. 7. 2 автономные фотоэлектрические системы…………………35
I. 7. 2.а автономные системы без хранения……………………….35
I. 7. 2.b автономные системы с хранилищем…………………….35
Глава II:Спосовы расчеты и калибровки автономных фотоэлектрических установок
II.1. Введение…………………………………………………………37
II.2. Идентификация сайта…………………………………………37
II.3. Оценка энергетический потребности сайта………………..38
II.4. Исследование случае: исследование дома работающего на одном дом……………………………………………………………..39
II.4.1.а Расчет панелей ……………………………………………..39
II.4.1.b Определение размера система хранения………………..41
II.4.1.с Выбор регулятора нагрузка………………………………42
II.4.1.d Определение размера инвертор………………………….43
II.4.1.e Выбор кабелей………………………………………………43
II.4.1.f Поверхность фотовольтаического поля………………..45
II.5 Моделирование и результаты с программным……………46
II.5.1 Введение……………………………………………………….46
II.5.2 Данные сайта…………………………………………………47
II.5.2.а Географические положение……………………………….47
II.5.2.b. Данные о погода……………………………………………48
II.5.2.c. Высота солнца………………………………………………49
II.5.4. Ориентация……………………………………………………50
II.5.4.а Фиксированная наклонная плоскостная ориентация (18о)…………………………………………………………………….50
II.5.5. Оценка потребления электрических нагрузок для объекта………………………………………………………………..51
II.5.6. Результаты полученные с помощью программного PVSYST………………………………………………………………..52
II.5.7. Калибровка всей системы…………………………….……..53
II.6. Результаты моделирования и обсуждение…………….…….54
II.6.1. Солнечная энергия доступа…………………………….….54
II.6.2. Вход/ выходная схема………………………………………..55
II.6.3. Потери………………………………………………………….56
II.6.4. Стандартизирования продукция………………….….……58
II.6.5. Результаты моделирования параметров…………….……60
II.6.6. таблица результатов, полученных с помощью обоих методов расчета……………………………………………………..60
II.7. Заключение……………………………………………………..64
Общее заключение…………………………………………………..65
Реферат библиографический………………………………………66
Общие введение
Энергия-основа любой человеческой деятельности. В настоящее время большинство мировой спрос на энергию обусловлен ископаемыми ресурсами. Однако, запасы ископаемого топлива ограничены. Действительно, рост спроса Глобальная энергетика, неизбежное истощение ископаемых ресурсов и потепление Климат, обусловленный выбросами парниковых газов личное имущество.
Некоторые развитые страны сосредоточены на ядерной энергии, которая опасность серьезных аварий. Вот почему мы в настоящее время заинтересованы в энергиях возобновим.
Фотоэлектрическая солнечная энергия представляет собой альтернативу, которую многие страны планируют к 2030 году.
Это электрическая энергия произведенная панелями солнечных батарей которые позволяют преобразовать часть солнечной радиации. Вырабатываемая таким образом электроэнергия может быть потреблена на месте или источник питания распределительной сети.
Фотовольтайческая солнечная установка может быть размещены на всех типах зданий: индивидуальный дом, жилой дом и так далее.
Ранее солнечная фотоэлектрическая энергия ограничивалась сельскими приложениями для электроснабжение изолированных участков, как это было в гвиней.
Но через несколько лет фотоэлектрическая солнечная система вошла в агломерации, что приводит к резкому увеличению спроса на модули фотоэлектрические.
Чтобы лучше использовать эту энергию, необходимо знать распределение солнечное облучение на месте установки, предназначенное для фотоэлектрической установки, для различные ориентации и наклоны.
Цель этой работы состоит в том, чтобы дать представление о методологии расчета и калибровки фотоэлектрических.
Глава I: Общие сведения об автономной фотоэлектрической энергии и устройствах хранения
I. 1 Введение
Фотоэлектрическая солнечная энергия происходит от прямого преобразования части солнечное излучение в электрическую энергию.
Это преобразование энергии осуществляется через из так называемой фотоэлектрической ячейки (PV), основанной на физическом явлении, называемом эффектом фотоэлектрический. В этой главе было представлено общее описательное исследование систем фотоэлектрические, их составы, и критерии выбора фотоэлектрической системы [1].
I. 2 солнечная энергия
Расстояние от Земли до Солнца 149598000 км от Земли и скорость света составляет чуть более 300000 км / ч, поэтому солнечные лучи занимают около 8 минут до нас достигать. Солнечная константа-это плотность солнечной энергии, которая достигает внешней границы атмосфера, обращенная к Солнцу. Его значение обычно принимают равным 1360W/м2. В уровень Земли, плотность солнечной энергии снижается до 1000 Вт / м2 из-за поглощения в атмосфера. Альберт Эйнштейн обнаружил, работая на фотоэлектрический эффект, что свет имел не только волнообразный характер, но что его энергия носила частицы, фотоны.
Энергия фотона, заданная отношением:
I. 2. 1 солнечная радиация
Вращение и наклон Земли вызывают изменение доступной энергии в зависимости от широты в данной точке. Кроме того, облака, туман, атмосферные частицы и погодные явления вызывают ежедневные изменения, которые увеличивают или уменьшают солнечное излучение, получаемое фотоэлектрической системой.
Для этого выделяют:
Рисунок I. 1: солнечное излучение [2]
• Прямое излучение
Солнечные лучи достигают Земли без изменения их траектории инициал. Лучи остаются параллельными.
Рассеянное излучение
Проходя через атмосферу, солнечные лучи сталкиваются с такими препятствиями, как облака, пыль и т… Эти препятствия приводят к перенаправлению солнечных лучей параллели (первоначально) во множестве во всех направлениях.
Отраженное излучение
Это результат отражения лучей света на отражающей поверхности (по например, снег в горах). Это отражение зависит от альбедо (отражающей способности) с соответствующей поверхности
I. 2. 2 имеющееся солнечное месторождение на поверхности Земли
Солнечное месторождение представляет собой набор данных, описывающих эволюцию доступной солнечной радиации в течение определенного периода времени.
Солнечное месторождение в Гвинее
Для того, чтобы понять масштабы возобновляемых источников энергии в Гвинее и существующие значительные и неисчерпаемые проблемы этих еще не освоенных источников энергии, а именно исключительное солнечное месторождение, которое занимает площадь 245 857 км2 гвинея является одной из стран, которые имеют разнообразие мест в своем большом секторе, где излучение региона вблизи моря зависит от сезонов.
Среднегодовое облучение колеблется в 4,8 и 5,5 кBчт./м2дж при среднегодовой продолжительности солнечного света от 2000 часов (Конакри) до 2700 часов (Канкан). Однако, программа солнечной энергии, по-видимому, является наиболее успешной в Гвинее из-за важности «фотоэлектрического парка » и накопленного национального опыта. Оценивается в около 3 МВт мощность, доступная в 2011 году, особенно для электрификации децентрализована в сельских и пригородных районах [3].
Цифры I. 2 региональная карта Гвинеи [3]
I. 2. 3 параметры положения
деления между северным и южным полушариями,
определяется плоскостью, перпендикулярной оси полюсов. Меридиан-плоскость места, проходящего через ось полюсов.
Любая точка земной сферы может быть разделена двумя координатами, называемыми земные координаты, а именно ее широта ‘φ״, которая положительна в северном полушарии, она отрицательна в Южном полушарии, и ее долгота ‘λ״, положительная на Западе, отрицательная на востоке. Меридиан происхождения, служащий для измерения долготы, является Гринвич [4].
Широта: географическая координата, представленная угловым значением, выражающим положение точки на земле к северу или югу от экватора, являющегося плоскостью отсчета.
Долгота: представляет собой географическую координату, представленную угловым значением, восточное или западное выражение позиционирования точки на земле, эталонная долгота на земле-Гринвичский меридиан.
координаты города боке:
Широта: φ=10o39’ запад
Долгота: λ=14o37’ северное
Рисунок I. 3: земные координаты [4]
I. 3 фотоэлектрическая энергия
Термин ״ фотоэлектрических ״ пришел с древнегреческого языка, состоит из двух слов : ״ фото ״, который хочет сказать : света, и ״ volta ״, которые и фамилию итальянский физик ״Алессандро Вольта ״, которая изобрела электрический аккумулятор в 1800 и дал свое имя единице измерения электрическое напряжение (Вольт).
Фотоэлектрический эффект, обнаруженный в 1839 году французом Антуаном-Сезаром Беккерелем, относится к способности некоторых материалов, особенно полупроводников, напрямую преобразовывать различные компоненты солнечного света (а не его тепло) в электричестве.
Фотоэлектрическая солнечная энергия напрямую преобразует световое излучение (солнечное или другое) в электричество. Для этого используются фотоэлектрические модули, состоящие из солнечных элементов или фотопил, которые осуществляют эту трансформацию энергии [5]
I. 3. 1 фотоэлектрическая ячейка
Фотоэлектрический или фотофильный элемент является наименьшим элементом в фотоэлектрической установке. Он состоит из полупроводникового материала, который является кремнием в целом, и превращает световую энергию в электрическую.
I. 3. 1. 1 Принцип работы солнечного элемента
Фотоэлемент основан на физическом явлении, называемом эффектом фотоэлектрическая, которая заключается в создании электродвижущей силы, когда поверхность этой ячейки подвергается воздействию света, поэтому преобразование солнечной энергии в электрическую. Это преобразование основано на следующих трех механизмах:
Поглощение фотонов (энергия которых больше, чем gap) материалом составляя прибор.
преобразование энергии фотона в электрическую энергию, что соответствует создание пары электрон / отверстие в полупроводниковом материале.
Сбор частиц, образующихся в устройстве [5]
I. 4. электрические характеристики фотоэлектрического модуля:
I. 4. 1. Характеристики Тока / Напряжения/мощность
(g=1000 ВТ/м2 и T=25C°)
Рисунок I. 5: электрические характеристики ток / напряжение/мощность [6]
I. 4. 2 влияние уровня освещенности на фотоэлектрический модуль
Освещенность соответствует интенсивности света, получаемой фотоэлектрическим модулем, и измеряется в Вт/м2. Ночью освещенность равна нулю (0 Вт / м2). Освещенность в течение дня варьируется от 0 до 1000 Вт/м2 (максимальное значение), в зависимости от сезона. Освещенность оказывает явное влияние на стоимость Icc. Когда освещение удваивается, Icc также удваивается. Освещение очень мало влияет на напряжение холостого хода Vco
Рисунок I. 6: влияние солнечного света на мощность, генерируемую модулем [7]
I. 4. 3 влияние температуры клеток на фотоэлектрический модуль
Температура модуля оказывает сильное влияние на вакуумное напряжение модуля. Чем выше температура модуля, тем ниже напряжение холостого хода Vco. С другой стороны, температура модуля очень мало влияет на ток короткого замыкания Ic
Рисунок I. 7: влияние температуры на мощность, генерируемую модулем [7]
I. 5 солнечные электростанции
Солнечные фотоэлектрические электростанции используют солнечное излучение для производства электроэнергии.
Солнечная фотоэлектрическая электростанция состоит из нескольких полей солнечных панелей с большим количеством фотоэлектрических элементов, непосредственно преобразующих световую энергию в электричество.
Фотоэлектрическая система-это полный набор оборудования для преобразования солнечного света в электричество и использования его для питания оборудования, такого как лампы, небольшие приборы (Радио, телевидение, HiFi-канал, компьютер), насосы и т. д. Солнечная система обычно обеспечивает номинальное напряжение 12 в постоянном токе (DC), которое может быть адаптировано в зависимости от его использования (12VCC, 24VCC, 220VCA или 110 В переменного тока).
Фотоэлектрическая (PV) установка называется автономной или изолированной, если она не подключена к распределительной сети. Автономная система PV позволяет подавать электрический ток в места, где нет сети. Он особенно подходит для таких применений, как насос в саду, освещение в изолированных районах, питание телефонных терминалов вдоль шоссе, где очень удаленные дома и т. д. Для этих применений не всегда возможно создать обычную энергосистему либо из-за технических ограничений, либо из-за экономических причин [8].
I. 5. 1 компоненты автономной фотоэлектрической системы
Системы электроснабжения, основанные на преобразовании солнечной энергии, включают в себя четыре основные составляющие: солнечные панели, контроллер заряда, инвертор, аккумуляторный блок. Данные узлы необходимы для бесперебойного функционирования солнечной электростанции [8].
Рисунок I. 8: схема автономной фотоэлектрической системы
I. 5. 1.а фотоэлектрический генератор
Прямое преобразование света в электрическую энергию осуществляется с помощью полупроводниковых электронных компонентов, называемых фотоэлектрическими элементами (PV), в которых поглощение фотонов высвобождает отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные отверстия. Это преобразование достигается с помощью так называемого фотоэлектрического эффекта, который может произойти только в том случае, если в полупроводнике существует барьер потенциала, прежде чем он будет освещен (создание двух зон N и P с использованием легирования с двумя различными примесями). Когда материал помещается под освещенность, заряды электрические, становятся подвижными энергией фотонов и действием электрического потенциала соединения, которое выполняет роль отделения положительных зарядов от отрицательных.
1. Различные технологии
В настоящее время основными технологиями являются монокристаллический, поликристаллический кремний и аморфный. Монокристаллические кремниевые фотоэлектрические элементы имеют более высокую эффективность, обычно она колеблется от 13 до 18%. Поликристаллические кремниевые клетки имеют те же физические характеристики, но они имеют несколько меньший КПД, или 12-15%. Аморфный кремний является третьей используемой технологией, его выход составляет 6-10%. В целом эффективность ячейки зависит от характера материала и процесса изготовления [9].
2. Фотоэлектрический Модуль
Фотоэлектрические модули состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в фотоэлектрических модулях для того, чтобы производить больше электричества.
Производятся модули 4 основных типов:
Модули в алюминиевой рамке и покрытые стеклом имеют лицевую поверхность из стекла (по специальному заказу возможно применение специального закаленного стекла), обеспечивающего наилучшие показатели по пропусканию света и защиту от внешних воздействий.
Модули на стекле без рамки и клеммой коробки. Поставляются на заказ. В наличии обычно есть модули мощностью 10-12 Вт 12В.
Рисунок I. 9: модуль [9]
I. 5. 1.b накопление энергии
1. Автономия
Автономность фотоэлектрической установки — это количество дней, в течение которых первоначально заряженные батареи могут обеспечить потребность в электроэнергии без работы модулей.
То есть, батареи накапливают энергию, когда модули освещены, когда модули больше не производят (ночь, сбой, плохая погода …), батареи могут продолжать восстанавливать это электричество в течение нескольких дней. Поэтому надо подумать, как долго мы хотим иметь электричество в случае каких-либо проблем. В общем, выезжать можно на четырехдневной дистанции, конечно, это сильно зависит от того, как будет использоваться его установка и погодные условия.
Тем не менее, даже когда солнце скрыто, модули продолжают вырабатывать электричество из-за небольшого количества света, который они получают, с четырьмя днями автономии в запасе, поэтому мы можем столкнуться с двумя неделями плохой погоды [9].
2. Основные характеристики батареи
2.1 емкость в Амперах час
Часовые амперы батареи-это просто количество ампер, которое он обеспечивает умноженное на количество часов, в течение которых течет этот ток. Теоретически, например, батарея 200Ah может обеспечить 200A в течение часа или 50A в течение 4 часов или 4A в течение 50 часов, есть факторы, которые могут варьировать емкость батареи [10].
a. коэффициент загрузки и разгрузки
Если аккумулятор заряжается или разряжается с другой скоростью, чем указано, доступная емкость может увеличиваться или уменьшаться. Как правило, если батарея разряженная более медленными темпами, ее емкость немного увеличится. Если темп будет быстрее, емкость будет уменьшена.
b. Температура
Другим фактором, влияющим на емкость, является температура батареи и от его атмосферы. Поведение батареи задано на 27 градусов. Более низкие температуры значительно снижают их емкость. Более высокие температуры приводят к небольшому увеличению их емкости, но это может увеличить потерю воды и уменьшить срок службы батареи.
c. нагрузка
Во время зарядки аккумулятор представляет собой приемник (около 2,2 в), в конце зарядки (точка м) отмечается увеличение напряжения, пластины полностью поляризованы, конец зарядки достигается, а 2,6 или 2,7 В.
d. срок службы
Аккумулятор может быть заряжен, а затем полностью разряжен в определенный, количество раз, прежде чем эти характеристики ухудшаются. Кроме того, некоторые из способов использования аккумулятора есть общий срок службы, выраженный в году (или количество циклов).
e. использование напряжения
Это напряжение, при котором накопленная энергия обычно возвращается к нагрузке.
f. коэффициент полезного действия
Это отношение электрической энергии, возвращаемой аккумулятором, к энергии подаваемой аккумулятором [10].
g. Скорость саморазряда
Саморазряд — это потеря емкости при оставлении аккумулятора в покое (без заряд) в течение заданного времени. Большинство современных батарей на низком уровне саморазряд, то есть они теряют менее 3% мощности в месяц при 20°C [11].
3. Типы аккумуляторов
Два основных типа используемых в настоящее время аккумуляторов:
• Свинцовые аккумуляторы.
• Кадмиево-никелевые аккумуляторы (аккумуляторы с щелочным электролитом).
Кадмиево — никелевые аккумуляторы могут использоваться для энергетических применений
относительно слабо. Высокая стоимость этого типа аккумуляторов (по сравнению с, свинцовые аккумуляторы) ограничивает их использование для мини-и микро-мощности. Накопитель представлен батареями, расположенными последовательно, число которых определило бы желаемое рабочее напряжение и емкость накопителя.
Срок службы аккумуляторов, как правило, зависит от их эксплуатационного состояния, для обоих типов аккумуляторов срок службы составляет 10-15 лет, но одним из важнейших условий является поддержание их состояния зарядки более 50 % [10]
a. использование солнечной батареи
Существует три основных применения для аккумуляторов :
• Стартовый аккумулятор.
• Тяговая батарея.
• Стационарная батарея.
Батарея характеризуется не только размерами, количеством элементов и
емкость, но должны соответствовать различным критериям :
Продолжительность разрядки.
• Режим разрядки.
• Пригодность для подзарядки.
• Температура использования.
• Механическая прочность.
• Частота добавления дистиллированной воды.
• Техническое обслуживание.
• Предполагаемый срок службы.
Рисунок I. 3: солнечная батарея
Иногда в требованиях возникает противоречие, требующее компромисса ; это относится к солнечной батарее, для которой требуется производительность тягового аккумулятора и стационарного аккумулятора :
• Тяговый аккумулятор, потому что от него требуется ежедневный цикл разрядки (не всегда с последующим подзарядкой).
• Стационарная батарея, потому что спрошено, что хранит энергия и восстанавливает ее в случае отключения сети, которое будет не-солнечностью.
Влияние различных параметров
Наиболее важными параметрами, воздействующими на скорость химических и электрохимических реакций, являются :
• внешние параметры: температура, давление, время.
• Электрические параметры: потенциал, интенсивность.
• Параметры электрода: характер материала, поверхность, геометрия, состояние
поверхность.
• Параметры раствора: концентрация электроактивных видов, характер растворителя, концентрация электролита.
• Параметр масс передачи: режим (диффузия), концентрация на поверхности электрода.
b. технология хранения
Свинцовые Батареи
— Открытые батареи: не используйте стартовые батареи (автомобили) = саморазряд.
— Открытые батареи скажите \ тяги \ или \ солнечных батарей: легкий обслуживание но крепкий и прочный.
— Закрытые батареи (без обслуживания).
— Электролит гель: лучший срок службы 10 лет при 25°C, хорошее поведение во времени; дорогие.
— AGM (пропитанный электролит): немного более низкий срок службы, 5-7 лет, лучшее соотношение цены и качества.
— Спиральный циклон-AGM чистый свинец: срок службы, эквивалентный Морозу, очень хорошее поведение во времени.
Напряжение в 2, 4, 6, 12V.
— Мощности от 1 до 6000 Ач.
— Хорошая производительность нагрузки при C / 100 или даже C / 1000 [11].
Влияние температуры
Высокая температура: падение срока службы: Срок службы / 2 каждые 10°C :
Гель, 5 лет до 35°.
Высокая температура: падение срока службы: Срок службы / 2 каждые 10°C :
Гель, 5 лет до 35°.
Батареи ни (NiMH или NiCd)
Номинальное напряжение 1.2 В 2.4, 3.6, 4.8, 7.2 …
2 диапазонов палочки и кнопки NiMH: емкость от 20 до 2000mAh батареи
мощность NiCd (SNCF) : qq 10 или 100Ah.
Влияние температуры :
• температуры: проблема зарядки при отрицательных температурах (часто устраняемая для фотоэлектрических).
— Снижение производительности нагрузки с течением нагрузки: обычно 60% при C / 100 (в зависимости от технологии).
— Интересный диапазон мощности для небольших систем.
— Жесткий компромисс между зарядным током и температурой использования.
— Снаружи: сильный ток, хорошая производительность, но отрицательные время.
— Интерьер: низкий ток > низкая производительность нагрузки.
Батареи Li-ion
— Номинальное напряжение 3.6 V.
— Возможности от 0.8 до 3Ah (диапазон телефонов и других носимых устройств).
— Очень компактный / дорогой.
— Жесткий заряд от солнечной панели.
— Очень изменчивые течения.
— Проблемы перенапряжения, которые могут привести к само воспаление.
— Интересные для очень компактных решений, не чувствительных к цене.
— Благодаря отличной защите компенсированная перегрузка при температуре.
— Супе способности.
— Напряжение 2.7 или 5.5 В.
— Емкость до 100F.
— Последние модели с очень низким током утечки.
— Интересные для решений с низкой емкостью, имеющих широкий диапазон
напряжение функций питанием (I Δt = A s = C ΔV).
— Также хорошо защитить от перегрузки [11].
1.5.1.c Регулятор
Регулятор обеспечивает две основные функции :
Защита батарей от перегрузки и глубокого разряда.
Оптимизация передачи энергии от генератора СП к использованию.
Рисунок I. 4: Регулятор
2. Принцип работы регуляторов
2.a регулятор PMW (Pulse Width Modulation)
Регулятор вставлен между фотовольтайческим полем и батареей. Он состоит из электронного переключателя, работающего в MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) и обратного устройства (диод).
Открытие и закрытие электронного выключателя осуществляется с определенной частотой, что позволяет точно регулировать ток зарядки в зависимости от состояния зарядки.
Когда напряжение батареи ниже предельного напряжения регулятора, переключатель закрыт. Затем батарея заряжается с током, соответствующим солнечному свету. Мы в фазе «bulk».
Когда напряжение батареи достигает заданного порога регулирования, переключатель открывается и закрывается на фиксированной частоте для поддержания среднего тока, вводимого в батарею. Батарея заряжена, мы в фазе»Float» [12]
Рисунок 1.5: нагрузка напряжение [12]
2.b регулятор MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Регулятор нагрузки состоит из высокоэффективного коммутационного преобразователя DC/DC, который обеспечивает три функции :
— Обнаружение максимальной мощности фотоэлектрического поля, пока батарея не заряжена.
— Преобразование DC/DC.
— Регулирование выходного напряжения в зависимости от фазы нагрузки (Bulk, Absorption et Floating) [12].
2.c Pезюме
I.5.d инверторы
Инвертор представляет собой устройство позволяющее преобразовывать постоянный ток, полученный от солнечных батарей в переменный ток.
Постоянный ток, выработанный фотоэлектрической установкой, может использоваться и без преобразования, однако на практике большинство электроприборов и централизованная электрическая сеть используют переменный ток. Именно поэтому инвертор для солнечных батарей практически незаменим [13].
Рисунок I. 5: инвертор
1. Основные типы инверторов для солнечных батарей
В зависимости от типа использования инверторы можно разделить на три основных типа:
Автономные (off grid) – инверторы, не подключенные к внешней электрической сети, предназначены для автономных фотоэлектрических систем;
Сетевые (on grid) – инверторы, работающие синхронно с централизованной сетью электроснабжения. Кроме своих прямых функций такие приборы обеспечивают регулировку основных эксплуатационных параметров сети: частота напряжения, амплитуда и т.д. В случае сбоя питания инвертор автоматически выключится. Данный тип инверторов подходит для солнечных систем без аккумуляторных батарей. Вся выработанная энергия генерируется в общую сеть по «зеленому тарифу».
Гибридный (hybrid) – еще называемый «аккумуляторно-сетевой» преобразователь, совмещающий свойства автономных и сетевых устройств. Такой инвертор имеет большое количество настроек для оптимизации работы солнечной системы от общей электрической сети и при наличии аккумуляторных батарей [13].
2. Мощность инвертора в зависимости от параметров фотоэлектрической системы
Мощность подбираемого преобразователя зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.
В случае небольших фотоэлектрических установок (до 5 кВт) можно обойтись одним инвертором соответствующей мощности. В случае фотоэлектрических систем с большей мощностью следует устанавливать несколько инверторов работающих в каскаде. Это позволит уменьшить риск простоя солнечных панелей в случае выхода из строя одного преобразователя, так же есть возможность анализа работы каждого отдельного прибора и сравнение эффективности каждого из них [13].
3. Мощность инвертора в зависимости от мощности нагрузки
Так же пиковая мощность инвертора должна быть не менее чем на 20% — 30% больше чем суммарная мощность нагрузки по стороне переменного тока. Это условие необходимо для обеспечения нормальной работы всех приборов питающихся от аккумуляторных батарей. Поскольку некоторые электрические устройства (компрессоры, насосные установки, электродвигатели) имеют пусковые токи (стартовую мощность), в несколько раз превышающие их номинальное значение (в 2-7 раз). Несмотря на непродолжительный пусковой период, инвертор с недостаточной мощностью не сможет запустить такой прибор. Таким образом, максимальную мощность инвертора (пиковую мощность) необходимо подбирать, учитывая так же пусковые токи подключаемых приборов [12].
I. 5. 1.е Нагрузка
Заряд представляет собой различные приложения PV-системы, от простого зарядного устройства до систем перекачки воды. Таким образом, основные приложения:
бытовые применения (электрификация), Телекоммуникации, катодная защита трубопроводов, оборудование для контроля окружающей среды, метеорология, транспорт, использование на море, рекреационная деятельность ,оборудование для обеспечения безопасности и т.д.
Другие более важные области применения в настоящее время находятся на стадии обычной практики, а именно : подача электроэнергии для радио-и телевизионных станций (ТВ), опреснение воды и производство водорода путем электролиза.
Для этих приложений могут потребоваться различные типы питания (постоянное или переменное напряжение). Они различаются по своему дневному, ночному или постоянному использованию в течение дня, а также по своему характеру (постоянная, резистивная, индуктивная или емкостная мощность).
I. 6 Установка фотоэлектрического генератора
I. 6. 1 Ориентация и наклон фотоэлектрического генератора
Важно, чтобы модули были ориентированы на юг, чтобы получать максимальную дневную энергию, независимо от сезона. Для этого магнитный юг можно определить с помощью компаса.
Наклон является вторым важным параметром. Она в основном выбирается в соответствии с профилем потребления в течение года.
Низкий наклон от горизонтали способствует улавливанию солнечной энергии в летнее время.
Значительное отклонение от горизонтали способствует улавливанию солнечной энергии в зимний период и, таким образом, уменьшает колебания энергии между зимой и летом. С другой стороны, этот наклон требует, чтобы генератор был рассчитан на зимнее потребление, и это обычно приводит к перепроизводству электроэнергии летом
I. 6. 2 Крепление модулей
Установка модулей должна надлежащим образом обеспечивать следующие функции :
• Поддержание ориентации против ветра и других погодных условий, от механических воздействий.
• Защита от загрязнений и нападений с пола.
• Вентиляция модулей для ограничения их прогрева ; производительность модулей снижается при повышении средней температуры ячеек.
• Жесткость всех модулей.
Кроме того, сама система крепления подвержена атмосферным воздействиям и должна быть способна выдерживать их, ее срок службы должен быть не меньше, чем у самих модулей. Модули обычно окружены жесткой рамой из анодированного алюминия, содержащей крепежные отверстия. Для любого типа генератора классическая конструкция состоит из шасси с плоским основанием, которое может содержать крепежные гайки, сами связанные с жесткая арматура (пример : бетонная стяжка).
Кронштейны обычно изготавливаются из анодированного алюминия или нержавеющей стали. Все крепежные болты, как правило, изготовлены из нержавеющей стали.
Структура, получающая опоры, должна :
• Способность выдерживать климатические условия, особенно ветры.
• Обеспечить хорошую вентиляцию модулей : поэтому задняя часть модулей должна быть достаточно чистой, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха ;
• Изолировать модули от пола. Рекомендуется использовать минимальное расстояние 0,6-0,8 м между полом и дном модулей
I. 6. 3 Установка аккумуляторных батарей
Аккумуляторы, по своим компонентам, представляют собой элементы, имеющие Ряд опасностей (токсичность, опасность взрыва). Таким образом, их выход напрямую связан с их рабочей температурой (они должны быть вентилируемыми). Поэтому особое внимание следует уделять помещению, где хранятся аккумуляторы, и их установке в этом помещении.
a. Место хранения аккумуляторов
Он должен выполнять следующие функции :
• Изолировать аккумуляторы от непогоды и внешних элементов (дождя, снега, солнца…).
• Обеспечить удобный периодический осмотр аккумуляторов ;
• Быть должным образом вентилируемым, аккумуляторы выделяют газы, которые могут образовывать взрывоопасную смесь.
• Поддерживать температуру окружающей среды как можно ближе к 20 °C и в любом случае в пределах от 0 до 45 °C.
b. установка аккумуляторов
Она должна выполнять следующие функции :
• Изолировать аккумуляторы от Земли.
• Обеспечить легкую проверку уровней и соединений, а также добавление электролита в каждый аккумулятор.
• Обеспечить надежное, простое и короткое электрическое соединение между аккумуляторами.
• Электрически изолировать аккумуляторы от пола.
c. заземление системы
Заземление является одним из способов, которые обычно пропагандируются для предотвращения разрушения части системы молнией.
I. 7 тип фотоэлектрических систем
I. 7. 1 фотоэлектрическая система подключенная к сети
Фотоэлектрическую систему можно установить на участке, подключенном к электросети. Как правило, на домах или предприятиях, которые хотят прибегнуть к форме возобновляемой энергии, которая пользуется хорошим солнечным светом. Огромным преимуществом этого решения является отсутствие батареи, вы больше не храните энергию, когда есть больше, вы вводите его непосредственно в локальную или национальную сеть[14]
Рисунок I. 19: схема фотоэлектрической системы, подключенной к распределительной сети электрический .
I. 7. 2 автономные фотоэлектрические системы
I. 7. 2.а автономные системы без хранения
Это самая простая система, так как фотоэлектрическая энергия используется непосредственно из панелей. Устройство, работающее от этой системы, будет работать только при наличии света, и если освещенности будет достаточно для достижения требуемой мощности.
Этот тип системы интересен для всех приложений, которым не нужно работать в темноте и для которых потребность в энергии совпадает с присутствием света.
Неудобство этой системы заключается в том, что мы не всегда выигрываем от более высоких вспышек, поэтому нет хранения, поэтому нет восстановления избыточной солнечной энергии
I. 7. 2.b автономные системы с хранилищем
Это наиболее распространенная конфигурация автономных фотоэлектрических систем, которые англоязычные люди называют автономными системами. Набор чаще всего является постоянным током (DC). Что лучше, потому что проще. Но как только вы попадаете в среду обитания, почти всегда есть устройства переменного тока (AC) для питания, потому что они не существуют непрерывно.
Аккумулятор такой системы заряжается днем, и служит « резервуаром » энергии постоянно. Она может без проблем, в любой момент времени, получить ток заряда и зарядить ток разряда различной величины. Поэтому устройства с питанием подключаются к батарее через регулятор заряда. Когда аккумулятор полностью заряжен, он отключает заряд, чтобы избежать перегрузки, что приводит к потере части энергии, вырабатываемой летом, особенно в нашем климате.
Когда приемник обязательно должен работать с переменным током переменного тока, используется преобразование постоянного/переменного тока (постоянного тока в переменный) в выход батареи. Это не без последствий, в том числе :
• Увеличение стоимости и компактности установки .
• Снижение энергоэффективности (ни один преобразователь не восстанавливает 100%
энергии).
• Риск полного отказа при возникновении проблем с преобразователем, если любой
электрическая установка питается через нее [15]
Рисунок I. 20: схема автономной фотоэлектрической
1 2