Введение 3
1. Теоретический раздел 5
1.1 Основы солнечной энергетики 5
1.2 Виды солнечных батарей 9
1.3 Основные типы ветрогенераторов 24
1.4 Системы резервного питания 31
1.5 Системы «умного дома» с альтернативными источниками 36
2. Исследовательский раздел 49
2.1 Начальные данные 49
2.2 Расчет выработки ветрогенератора для Самарской области 55
2.3 Расчеты для выбора солнечных панелей для Самарской области 57
2.4 Итоговый расчет 62
3. Проектный раздел 64
3.1 Выбор необходимых компонентов 64
3.2 Разработка и создание конструкции и программы устройства 70
Заключение 76
Список используемой литературы 78
В настоящее время почти на всей территории Российской Федерации население имеет доступ к электричеству для обеспечения энергией свои жилые помещения и электроприборы. К сожалению, не всех потребителей традиционных видов электрической энергии устраивает качество доступного сетевого напряжения питания, например постоянные кратковременные или долговременные прерывания питания в сети или его низкое качество, которое может негативно влиять на чувствительные приборы. Поэтому с целью решения вопроса постоянной доступности электроэнергии были созданы специальные резервные источники питания.
Система управления резервными источниками питания - комплекс средств и методов управления, необходимых для обеспечения обеспечение бесперебойной работы всего оборудования, находящегося в доме с данной системой. Когда происходит сбой или экстренное отключение подачи электроэнергии от стационарной электросети, тогда система с резервным электроснабжением обеспечивает потребности находящихся в доме электроприборов до тех пор, пока не произойдет восстановление основного источника питания. В автономных системах питания могут использоваться различные виды источников питания, которые способны на обеспечение независимого электроснабжения от основной сети. Основным назначением у современных источников резервного питания является осуществление постоянного доступа к электричеству даже при проблемах с основным источником электроэнергии. Наиболее современные и перспективные системы резервного питания предполагают полный контроль и управление, как за источниками альтернативной энергии, так и за самой системой посредством использования беспроводных методов, так, что пользователь может удаленно наблюдать за работой всего комплекса обеспечения резервным питанием.
В рамках данной магистерской диссертации предполагается изучить и рассмотреть основные источники альтернативной энергии, их энергетическую эффективность в сравнении с традиционными сетями, а также сами системы обеспечения и управления резервным питанием помещений и бытовых приборов. Также предполагается разработка, создание и отладка небольшого макета устройства системы управления резервными источниками питания, который будет функционировать при помощи специального микроконтроллера и нескольких модулей управления. С помощью данного макета можно на практике продемонстрировать работу системы резервного питания с применением в качестве источников питания основные элементы альтернативной энергетики.
Целью данной магистерской диссертации является создание макета системы управления резервными источниками питания на основе источников альтернативной энергии.
Для достижения поставленной цели работы необходимо решить следующие задачи:
• Анализ основных видов источников альтернативной энергии
• Обзор основных видов систем резервного питания
• Разработка схемы макета устройства
• Выбор компонентов, которые будут необходимы для создания макета устройства
• Создание программы работы макета системы
• Реализация макета предполагаемой системы
В ходе выполнения данной магистерской диссертации были проведены анализ самых основных и распространенных видов источников альтернативной энергии, разработка и создание программы, необходимой для работы макета устройства. Также была проведена отладка программы для микроконтроллера, чтобы реализовать систему управления резервным питанием на основе источников альтернативной энергии, таких как солнечная панель и ветрогенератор, практическое функционирование данного макета устройства с использованием микроконтроллера и нескольких управляющих элементов. Также были произведены расчеты потенциальной эффективности работы системы на основе реальных устройств, в ходе которых было выяснено, что целесообразность использования источников альтернативной энергии в системах резервного питания зависит только от самих потребителей электроэнергии, и от того, насколько они требовательны к качеству подаваемого напряжения и стоимости самих подключенных устройств.
Представленный макет устройства позволяет смоделировать предполагаемую работу системы управления и контроля над источниками питания на основе солнечной батареи и ветрогенератора с использованием аккумулятора.
С помощью макета представленного устройства возможно управление над вырабатываемой от альтернативных источников энергией, поступающей напрямую в аккумулятор, а также слежение за уровнем его заряда, не допуская его чрезмерный заряд или разряд при помощи отключения батареи от источников питания, либо от нагрузки потребителя. Для этого используется специальный многоканальный модуль реле, к контактам которого и подключены источники альтернативной энергии с аккумулятором. При достижении полного заряда происходит отключение аккумулятора от источников его питания, когда достигается разряд - от нагрузки.
Поступление отладочной информации происходит посредством подключения микроконтроллера через USB-интерфейс к персональному компьютеру, основная информация выводится через жидкокристаллический дисплей для наглядности.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
