RECOMMENDATIONS FOR THE SELECTION OF EQUIPMENT COMBINED (HYBRID) AUTONOMOUS SYSTEMS ALTERNATIVE POWER

Дайчман Р.А.

ORCID 0000-0001-8134-3483, Ассистент, Омский государственный технический университет

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ (ГИБРИДНЫХ) СИСТЕМ АВТОНОМНОГО АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Аннотация

Комбинирование различных типов возобновляемых источников энергии весьма эффективно, но такие системы технически сложны имеют много различных элементов, выбор которых для неспециалиста весьма проблематичен, на упрощения этого выбор и нацелена следующая статья. Указаны критерии оценки эффективности таких систем. Приведены сравнительные характеристики ветрогенераторов, солнечных батарей, аккумуляторных батарей, инверторов, контроллеров, положительные и отрицательные стороны каждого из возможных вариантов. Даны рекомендации по использованию ветро-солнечной системы.

Ключевые слова: автономность, энергия, ветрогенератор, солнечная батарея, инвертор, контроллер, аккумуляторная батарея, мощность, электроснабжение, комбинированные (гибридные) системы.

Daychman R. A.

ORCID 0000-0001-8134-3483, Assistant of ESPP Department of Omsk State Technical University

RECOMMENDATIONS FOR THE SELECTION OF EQUIPMENT COMBINED (HYBRID) AUTONOMOUS SYSTEMS ALTERNATIVE POWER

Abstract

Combining different types of renewable energy is very effective, but such systems are technically complex many different elements, the choice of which to the layman is very problematic to facilitate this choice and aims next article. Criteria for evaluating the effectiveness of such systems. Comparative characteristics of wind turbines, solar panels, batteries, inverters, controllers, pros and cons of each option. Recommendations for the use of wind and solar systems.

Keywords: endurance, energy, wind turbine, solar panel, inverter, controller, battery, power, electricity, combined (hybrid) system.

С каждым днем человечество все более и более задумывается об использование возобновляемых источников энергии, это связано с нестабильной политической обстановкой в странах экспортёрах углеводородов, желанием обрести энерго-независимость, растущих нуждах электроэнергии, истощение природных ресурсов, закрытием АЭС, а также заботой об экологии.

Для обычных жителей все сводится к простому желанию экономии денежных средств. Использование одного вида возобновляемого ресурса экономически невыгодно, поэтому зачастую применяется комбинирование различных типов, то такие системы технически сложны, имеют много элементов, выбор которых для неспециалиста весьма проблематичен, на упрощение этого выбора и нацелена следующая статья.

Основным элементом таких систем является ветрогенератор, таблица 1.

Таблица 1 – Соотнесение различных типов ветроэнергетических установок

Наиболее лучшими в соотношении преимуществ и недостатков являются вертикально осевые установки. [1-6]

Другим важнейшим элементом комбинированной системы является солнечная батарея, в таблице 3 приведены основные характеристики панелей [7]:

 

Таблица 2 – Типы солнечных панелей

Монокристаллические элементы, выполняться в виде восьмиугольных кремниевых пластин с характерным цветом, имеют наивысшую эффективность — до 22%.

Поликристаллические солнечные панели обладают квадратной формой и голубоватым оттенком. Более малая эффективность до 18% связана с тем, что при производстве используют не только первичный кремний большой степени очистки, но и вторичное сырье.

Нанесение нескольких слоев фотоэлектрического материала позволяет создать тонкоплёночные элементы. Однако, несмотря на светопоглощаемость аморфного кремния, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного, эффективность солнечных батарей такого типа не превышает 12 %.

При выборе между монокристаллической и поликристаллической панелями одинаковой мощности, при достаточной свободной площади, рекомендуется выбирать те что дешевле, а это как правило поликристаллические панели. Если же условия размещения солнечной электростанции огранены малой площадью, то рекомендуется применять с более высоким КПД, это монокристаллические модули. Использование дешёвых тонкопленочных модулей, влечет за собой покупку кабеля, более дорого инвертора и затрат на опорную и ограждающую конструкцию.

Максимально добиться эффективности автономной системы, используя лишь один вид возобновляемой энергии, невозможно ввиду непостоянства природных явлений. Состояние равновесия между выработанной и потребленной энергией практически недостижимо. В системах автономного электроснабжения из-за непостоянства генерации возникает необходимость использовать дорогостоящие аккумуляторные батареи (АКБ).

Преимущество в сочетании: цена – качество остаётся бесспорно за свинцово-кислотными аккумуляторами, которые в свою очередь подразделяются на:

Автомобильные – наиболее маломощные, несложны в изготовлении и сервисе, выносят около 100 - 150 циклов подзарядок на 80%;

AGM – это герметизированные аккумуляторы, предусмотренные на 250 – 400 циклов разрядов на 80%, весьма чувствительны к перезарядам;

Гелиевые – кислотные герметизированные, терпят примерно 350 – 500 циклов разрядов на 80%, прихотливы к емкостям зарядных токов;

Панцирные –выдерживают порядка 1000 - 1500 циклов разрядов по 80%, в максимальной степени подходят для использования в автономных системах.

Для динамического контроля параметров АКБ применяется контроллер заряда, таблица 4.

 

Таблица 3 – Преимущества и недостатки различных типов контроллеров

При рассмотрении типов контроллеров выяснилось, что наиболее совершенной моделью является MPPT контроллер [8].

Инвертор — это основа автономного электроснабжения, от правильного выбора будет зависеть рентабельность, поэтому к этому стоит подойти особенно ответственно. В таблице 5, представлены свойства различных типов:

 

Таблица 4 – Характеристики различных типов инверторов

Желательно, чтобы мощность инвертора была соизмерима с максимальной мощностью нагрузки с учетом пусковых токов [9].

В заключении можно сказать, что для условий России, в случае необходимости автономного надежного электроснабжения, рекомендуется использовать комбинированные системы, так как скорость ветра летом сравнительно небольшая, но достаточно много солнца и продолжительный световой день, в тоже время зимой, наоборот, много сильных ветров и меньше солнечного света [10,11]. Поскольку пик работ по производству электроэнергии у ветровой и солнечной систем приходится на различное время суток и года, то гибридная система, соответственно, производит энергии больше и тогда, когда это действительно необходимо. [12]

Литература

1. Дайчман, Р. А. Возможности современной ветроэнергетики / Р. А. Дайчман // Актуальные вопросы современной науки. – 2015. –№ 4(8). – С. 11-14.
2. Дайчман, Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Апробация. – 2015. –№ 11(38). – С. 13-15.
3. Дайчман, Р. А. Климатологические характеристики ветровой энергии / Р. А. Дайчман // Научный обозреватель. – 2015. – № 11(59). – С. 43-45.
4. Дайчман, Р. А. Современная ветроэнергетика в Российской Федерации / Р. А. Дайчман // Научная перспектива. – 2015. – № 11(69). – С. 98-99.
5. Дайчман, Р. А. Эффективность выбора современных ветрогенераторов / Р. А. Дайчман // Апробация. – 2015. –№ 12(39). – С. 24-27.
6. Дайчман, Р. А. Выбор ветроустановок для систем автономного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Молодой ученый. — 2015. — №24. — С. 117-121.
7. Дайчман, Р. А. Анализ солнечных батарей современных производителей / Р. А. Дайчман // Современная наука и практика. – 2015. – № 4(4). – С. 5-11.
8. Дайчман, Р. А. Рекомендации по выбору контроллеров заряда аккумуляторных батарей для систем альтернативного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Журнал научных и прикладных исследований. – 2015. –№ 12. – С. 139-141.
9. Дайчман, Р. А Рекомендации по выбору инвертора для систем автономного электроснабжения / Р. А. Дайчман // Приволжский научный вестник. – 2016. – № 1(53). – С. 38-41.
10. Дайчман, Р. А. Климатологические характеристики ветровой энергии / Р. А. Дайчман // Научный обозреватель. – 2015. – № 11(59). – С. 43-45.
11. Дайчман, Р. А Факторы, влияющие на выработку электроэнергии ветроустановки / Р. А. Дайчман // Приволжский научный вестник. – 2016. – № 1(53). – С. 41-44.
12. Гужулев, Э. П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: монография / Э. П. Гужулев, В. Н. Горюнов, А. П. Лаптий. - Омск : Омский государственный технический университет, - 2004. - 272 с.

References

1. Dajchman, R.A. Vozmozhnosti sovremennoj vetrojenergetiki / R.A. Dajchman // Aktual'nyevoprosysovremennojnauki. – 2015. –№ 4(8). – S. 11-14.
2. Dajchman, R.A. Ispol'zovanieve trojenergeticheskih ustanovok v Rossijskoj Federacii / R.A. Dajchman // Aprobacija. – 2015. –№ 11(38). – S. 13-15.
3. Dajchman, R.A. Klimatologicheskie harakteristiki vetrovojj energii / R.A. Dajchman // Nauchnyjobozrevatel'. – 2015. – № 11(59). – S. 43-45.
4. Dajchman, R.A. Sovremennaja vetroj energetika v Rossijskoj Federacii / R.A. Dajchman // Nauchnajaperspektiva. – 2015. – № 11(69). – S. 98-99.
5. Dajchman, R.A. Jeffektivnost' vyborasovremennyhvetrogeneratorov / R.A. Dajchman // Aprobacija. – 2015. –№ 12(39). – S. 24-27.
6. Dajchman, R. A. Vyborvetroustanovokdljasistemavtonomnogojelektrosnabzhenija / R. A. Dajchman // Molodojuchenyj. — 2015. — №24. — S. 117-121.
7. Dajchman, R.A. Analiz solnechnyh batarej sovremennyh proizvoditelej / R. A. Dajchman // Sovremennajanaukaipraktika. – 2015. – № 4(4). – S. 5-11.
8. Dajchman, R.A. Rekomendacii po vyboru kontrollerov zarjada akkumuljatornyh batarej dlja sistem al'ternativnogo jelektrosnabzhenija / R.A. Dajchman // Zhurnal nauchnyh i prikladnyh issledovanij. – 2015. –№ 12. – S. 139-141.
9. Dajchman, R.ARekomendacii po vyboru invertora dlja sistem avtonomnogo jelektrosnabzhenija / R.A. Dajchman // Privolzhskij nauchnyj vestnik. – 2016. – № 1(53). – S. 38-41.
10. Dajchman, R.A. Klimatologicheskie harakteristiki vetrovojj energii / R.A. Dajchman // Nauchnyjobozrevatel'. – 2015. – № 11(59). – S. 43-45.
11. Dajchman, R.AFaktory, vlijajushhie na vyrabotku jelektrojenergii vetroustanovki / R.A. Dajchman // Privolzhskij nauchnyj vestnik. – 2016. – № 1(53). – S. 41-44.
12. Guzhulev, Je. P. Netradicionnye vozobnovljaemye istochnikij energii: monografija / Je. P. Guzhulev, V. N. Gorjunov, A. P. Laptij. - Omsk :Omskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitet, - 2004. - 272 s.