Шаговый метод технического расчета производительности Келеской солнечной станции



В статье представлены показатели развития солнечной фотоэлектрической технологии в регионе Казахстана. Одним из приоритетных направлений развития энергетики в ХХI веке является широкое использование возобновляемых, источников энергии (ВИЭ), что позволит снизить отрицательное влияние энергетики на окружающую среду, сэкономить энергетические ресурсы. Показатели солнечной станции Келеской СЭС мощностью 20 кВт были оцененыы с использованием базы данных солнечных ресурсов NASA SEE.

Выполнен расчет по шаговому методу и произведены сравнительный анализ генерируемой мощности станцией.

Ключевые слова: солнечная станция, солнечная технология, возобновляемые источники энергии, солнечная энергетика.

В настоящее время предлагается использовать возобновляемые источники энергии, отвечающие требованиям экологической безопасности и имеющие длительный срок службы. Учитывая, что такие ресурсы, как уголь, нефть и природный газ, наносят вред окружающей среде, потребность инвестирования в восстанавливаемые (возобновляемые) источники энергии, которые позволяют производить электрическую энергию без ухудшения состояния окружающей среды.

Наиболее предпочтительные районы размещения солнечные электростанций в Казахстане Кызылординская, Туркестанская, Жамбылская и Алматинскаяя области.

В последние годы в Казахстане началась активная разработка политики, направленной на развитие возобновляемых источников энергии. Следовательно, необходимость уменьшения зависимости от ископаемого топлива, а также воздействия на окружающую среду. Таким образом, сегодня развитие возобновляемых источников энергии является важной и существенной темой, которая охватывает государственную политику, экономику, инновации и науку.

По состоянию на май 2020 года в республике было 97 проектов в области возобновляемых источников энергии с общей мощностью 1260 МВт, еще 19 проектов были одобрены правительством, девять из которых должны были быть запущены к декабрю 2020 года.

В настоящее время суммарная установленная электрическая мощность солнечных электростанций в Казахстане на 1 октября 2020 года составляет 839 МВт.

Рис. 1. Объекты ВИЭ в Казахстане

Мы в данной работе рассмотрели технической возможности применение солнечной установки для энергообеспечение автономного потребителя на объекте Келес Туркестанской области.

Решению различных вопросов солнечной установки и прогнозирования процессов электропотребления на солнечных электростанциях для энергообеспечение автономных потребителей посвящены многие исследовательские работы.

Келеская солнечная электростанции располагаются на стационарно установленных модульных конструкциях, ориентированных на юг, объединяясь в ряды, массивы и поля. Очень важно установить солнечные панели, так чтобы они получали прямое солнце и были максимально эффективны по производительности круглый год.

Под действием солнечного излучения электрическая энергия постоянного тока, которая генерируется в фотоэлектрический модуль (ФЭМ), через коммутационное устройство поступает к инвертору, где преобразуется в электрическую энергию переменного тока. Перед включением инвертор производит мониторинг параметров внешней электросети.

Выбранным объектом является автономных потребителей в регионе Келеской малый ГЭС который расположен на берегу реке Келесе:

Географические координаты

Широта: 43°45′24″ с.ш.

Долгота: 76°56′42″ в.д.

Шаг 1. Определение энергопотребления и мощности выбранного объекта

Определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю

.(для первого павильона)

Таблица 1

N	Тип устройства (Нагрузка переменного тока)	Мощность, Вт	Количество, шт	Время работы за неделю Часов/неделю	( Вт час/неделю)
1	Прожектор	105	2	84	17 640
2	LED экран	13000	1	56	728 000
3	Лайтбоксы	250	4	84	84 000
4	Обьемные световые буквы	1500	1	84	126 000
	ВСЕГО	15 710 Вт			955 640
	Всего за месяц 4152.5 кВт ч

Шаг 2. Определение мощность инвертора

– Количества необходимую энергию постоянного тока. (с учетом потери энергии в инверторе. Коэффициент k=1,2, учитывающий потери в инверторе):

.=955 640 Х 1.2=1 146 768 Вт час /неделю

инвертора по характеристикам выбранного инвертора. Нами выбран инвертор нападением = 24 В.

—Расчет мощность инвертора. разделим значение на число часов за неделю, то есть на 7*24=168 ч):

Вт.

– Выбираем инвертор с номинальное напряжение инвертора , номинальная мощность: .(с запасом)

Шаг 3.Определение количество солнечных батареи

— Выбираем типа солнечной батареи, для нашей солнечной станции мы планируем использовать солнечных модулей выпускаемые ТОО «ASTANA SOLAR», с следующими техническими ъарактеристиками:

P ^СБ _ном =275 Вт

U ^СБ _ном =24 В

Impp.=7.8А

– Число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия нагрузки переменного тока:

.=1 146 768/ 24= 47 782 Ачас /неделю

– Число Ампер-часов в день, требуемое для покрытия нагрузки переменного тока

q ^пер _сут = q ^пер _нед /7 =47 782/7 =6826 Ач

– Величину тока, который должны генерировать солнечные батареи:

Разделим значение q ^пер _сут на число пиковых солнце-часов для заданной местности i.:

I ^СБ = q ^пер _сут /i= 6826/4.76=1434.03 А

где i — среднее число пиковых солнце-часов для заданной местности Келес, i=4.76:

Число модулей солнечных батарей, соединенных параллельно, (Для этого разделить значение тока, вырабатываемого батареями, на максимальный ток Impp одного модуля и округлить полученное до ближайшего большего целого):

N ^СБ _пар = I ^СБ / Impp.= 1434.03/7.8= 184шт

– Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделить напряжение постоянного тока системы

на номинальное напряжение солнечной батареи- 24 В):

N ^СБ _пар = U _инв / U ^СБ _ном =24/24=1шт

– Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей:

184Х1=184 шт

Шаг 4. Определяем количества энергии вырабатываемой солнечными фотомодулями:

– Среднее значение количества энергии вырабатываемой солнечными панелями за год определяется:

Е _СБ =Е _{сум.сол.рад} К ₀ Р _СБ К _пот / I _исп

где, Е _{с ум.с ол.рад} — суммарная солнечная энергия, попадающая на поверхность Земли в горизонтальной плоскости.

К ₀ — поправочный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной плоскости на поверхность фотопанели. Для расчета принимаем К ₀ =1,2.

Р _{СБ —} суммарная мощность солнечной фотопанели. (установленная мощность)

К _пот — коэффициент, учитывающий потери солнечной батареи при преобразовании и передаче электроэнергии.

І _исп = 1000 Вт/м ² (1 кВт/м2) — интенсивность солнечной радиации, при которой фотоэлектрические модули тестируются.

Шаг 5. Оценка потери энергии в солнечных батареях

Общие потери энергии при преобразовании солнечного излучения в фотоэлектрической системе включают в себя:

Для расчета общую сумму потери принимаем — 16 %, тогда К _пот = 0.84

При оптимальной компоновке оборудования и эффективность солнечной системы в 85 % считается очень хорошей. На практике возможны случаи, когда общие потери могут достигать значения 25–30 % из-за плохого качества оборудования или неправильного подбора элементов системы, а также других факторов.

Шаг 6. Произведем расчет генерируемую мощность солнечной станции со следующими параметрами :

Ориентация солнечных батарей строго южного направления (рисунок 2);

Рис. 2. Схема расположение солнечных панели

Воспользовавшись данными из базы данных по солнечной радиации NASA, производим расчет суммарного месячного и годового прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность для местности Келес.

Для нашей солнечной станции мы планируем использовать солнечных модулей выпускаемые ТОО «ASTANA SOLAR», мощностью 275 Вт

Определение месячного и годового прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность

Следующим этапом — это определение месячного и годового прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность здесь используем базы данных по солнечной радиации NASA

Таблица 2

Месячные и годовые прихода суммарной радиации на горизонтальную поверхность (кВт*ч/м ² ) по расчетным данным агентства NASA

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	ГОД
54,6	72,1	103,5	138,3	176,9	189,7	203,7	179,3	142	96,1	55,9	44,2	1457,2

Сравнительная гистограмма между потребляемое и вырабатываемые электроэнергии от Келеской солнечной станции,кВт*ч

Рис. 3. Сравнительная гистограмма между потребляемое и вырабатываемые электроэнергии от Келеской солнечной станции,кВт*ч

Заключение

В статье разработаны алгоритмы расчета для оценки производительность Келеской солнечной станции.

Представлены технические показатели развития солнечной фотоэлектрической технологии применительно для солнечной станций мощностью 20 кВт. Показатели солнечной станции Келеской СЭС мощностью 20 кВт были оценены с использованием базы данных солнечных ресурсов NASA SEE. Расчет призведены по шаговому методу и произведены сравнительный анализ генерируемой и потребляемой мощности.

Литература:

1. «Қaзaқстaн-2050» стрaтeгиясы, 2012 жыл, жeлтoқсaн
2. Баланс мощности на час совмещенного максимума нагрузок ЕЭС Казахстана на период до 2022 г. KEGOC. 17 января 2016 года.
3. Electronic resource. NASA SSE — [URL] http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
4. Т.Қ.Қoйшиeв, Жaңғыртылaтын энeргия көздeрi, Aлмaты, 2013, 34 с.