Помощь студентам в учебе
Разработка стенда, моделирующего работу солнечной электростанции
|
Введение 8
1 История развития и перспективы использования солнечной энергетики.. 9
1.1 История развития солнечной энергетики 9
1.2 История развития солнечной энергетики в России 12
1.3 Действующие солнечные электростанции России 14
1.4 Перспективы развития солнечной энергии и фотоэлектрических
технологий 16
1.5 Использование солнечной энергетики для децентрализованного
электроснабжения 21
2 Технология изготовления и принцип действия солнечных элементов 23
2.1 Явление фотоэффекта 23
2.2 Применение кремния для изготовления солнечных элементов 25
2.3 Монокристаллические и поликристаллические панели 27
3 Выбор основного оборудования 28
3.1 Существующие солнечные батареи 28
3.1.1 Солнечные фотоэлектрические модули в алюминиевой рамке 29
3.1.2 Прочие фотоэлектрические модули 30
3.2 Выбор типа фотоэлектрических модулей 30
3.2.1 Определение мощности ФЭ модулей, выбор их количества 36
3.2.2 Определение капитальных затрат 37
3.2.3 Определение удельных затрат на производство электроэнергии .... 38
3.3 Выбор аккумуляторной батареи 39
3.4 Выбор инвертора 44
3.5 Выбор контроллера заряда-разряда для фотоэлектрических систем 46
4 Схема автономной солнечной системы электроснабжения 50
4.1 Структурная схема 50
4.2 Электрическая схема 51
5 Расчет токов короткого замыкания 52
5.1 Определение параметров схемы замещения. Составление схемы
замещения 52
5.2 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-1 55
5.3 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-2 56
5.4 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-3 57
5.5 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-4 58
6 Выбор коммутационных аппаратов, кабелей и прочих элементов 60
6.1 Выбор коммутационных аппаратов 60
6.1.1 Выбор автоматических выключателей и разъединителей 60
6.1.2 Выбор плавких предохранителей 62
6.2 Выбор кабельных линий 63
6.2.1 Выбор кабельной линии от ФЭМ 65
6.2.2 Выбор кабельной линии, соединяющей аккумуляторную батарею и
инвертор 65
6.2.3 Выбор кабельной линии, соединяющую аккумуляторную батарею и
инвертор 65
6.3 Выбор клеммных колодок 66
6.4 Выбор прочего оборудования, необходимого для моделирования
солнечной электростанции 66
6.4.1 Выбор прожекторов, моделирующих инсоляцию 66
6.4.2 Выбор регулирующих диммеров 67
6.4.3 Выбор измерительных люксметров 68
7 Экономическая часть проекта 68
7.1 Расчет капитальных затрат 68
7.2 Определение основных технико-экономических показателей стенда... 71
9 Компоновка оборудования стенда 74
9.1 Внешний вид шкафа имитации инсоляции 74
9.2 Внешний вид пульта управления 74
9.3 Общая компоновка оборудования стенда 75
10 Безопасность и экологичность проекта 76
10.1 Защита от к.з., перегрузок и перенапряжений 76
10.2 Безопасность производственного оборудования 77
10.3 Безопасность элементов конструкции солнечной установки 78
10.4 Эргономика и техническая эстетика 79
10.5 Пожаробезопасность 79
10.6 Заключение о безопасности и экологичности проекта 80
Заключение 81
Список использованных источников 82
1 История развития и перспективы использования солнечной энергетики.. 9
1.1 История развития солнечной энергетики 9
1.2 История развития солнечной энергетики в России 12
1.3 Действующие солнечные электростанции России 14
1.4 Перспективы развития солнечной энергии и фотоэлектрических
технологий 16
1.5 Использование солнечной энергетики для децентрализованного
электроснабжения 21
2 Технология изготовления и принцип действия солнечных элементов 23
2.1 Явление фотоэффекта 23
2.2 Применение кремния для изготовления солнечных элементов 25
2.3 Монокристаллические и поликристаллические панели 27
3 Выбор основного оборудования 28
3.1 Существующие солнечные батареи 28
3.1.1 Солнечные фотоэлектрические модули в алюминиевой рамке 29
3.1.2 Прочие фотоэлектрические модули 30
3.2 Выбор типа фотоэлектрических модулей 30
3.2.1 Определение мощности ФЭ модулей, выбор их количества 36
3.2.2 Определение капитальных затрат 37
3.2.3 Определение удельных затрат на производство электроэнергии .... 38
3.3 Выбор аккумуляторной батареи 39
3.4 Выбор инвертора 44
3.5 Выбор контроллера заряда-разряда для фотоэлектрических систем 46
4 Схема автономной солнечной системы электроснабжения 50
4.1 Структурная схема 50
4.2 Электрическая схема 51
5 Расчет токов короткого замыкания 52
5.1 Определение параметров схемы замещения. Составление схемы
замещения 52
5.2 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-1 55
5.3 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-2 56
5.4 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-3 57
5.5 Расчёт токов короткого замыкания для точки К-4 58
6 Выбор коммутационных аппаратов, кабелей и прочих элементов 60
6.1 Выбор коммутационных аппаратов 60
6.1.1 Выбор автоматических выключателей и разъединителей 60
6.1.2 Выбор плавких предохранителей 62
6.2 Выбор кабельных линий 63
6.2.1 Выбор кабельной линии от ФЭМ 65
6.2.2 Выбор кабельной линии, соединяющей аккумуляторную батарею и
инвертор 65
6.2.3 Выбор кабельной линии, соединяющую аккумуляторную батарею и
инвертор 65
6.3 Выбор клеммных колодок 66
6.4 Выбор прочего оборудования, необходимого для моделирования
солнечной электростанции 66
6.4.1 Выбор прожекторов, моделирующих инсоляцию 66
6.4.2 Выбор регулирующих диммеров 67
6.4.3 Выбор измерительных люксметров 68
7 Экономическая часть проекта 68
7.1 Расчет капитальных затрат 68
7.2 Определение основных технико-экономических показателей стенда... 71
9 Компоновка оборудования стенда 74
9.1 Внешний вид шкафа имитации инсоляции 74
9.2 Внешний вид пульта управления 74
9.3 Общая компоновка оборудования стенда 75
10 Безопасность и экологичность проекта 76
10.1 Защита от к.з., перегрузок и перенапряжений 76
10.2 Безопасность производственного оборудования 77
10.3 Безопасность элементов конструкции солнечной установки 78
10.4 Эргономика и техническая эстетика 79
10.5 Пожаробезопасность 79
10.6 Заключение о безопасности и экологичности проекта 80
Заключение 81
Список использованных источников 82
Очевидно, что мы живем в эпоху постмодернизма, или, как говорят многие исследователи, в постиндустриальном обществе.
Американский социолог Д. Белл отмечал следующие черты постиндустриального общества [1]:
- центральная роль теоретического знания;
- рост класса носителей знания (специалисты и профессионалы);
- институционализация науки, её «зрелое" состояние;
- технологический рост, особая значимость информационных технологий и др.
Опираясь на данные утверждения, логично предположить, что с ростом базы научных знаний растет и сфера их использования, возводятся новые го¬рода, открываются исследовательские центры, создаются различного рода предприятия, зачастую крайне энергоемкие. Все эти факторы ведут к росту потребления электроэнергии в мире. Например, в 2016 году мировое потребление электроэнергии превысило 20 тысяч ТВт-ч [2].
В наши дни основным источником энергии считаются химические топлива, получаемые из природных ископаемых: нефти, природного газа, угля. На данных ресурсах базируется экономика множества государств, темпы добычи растут пропорционально росту мирового населения, а значит с каждым днем мы приближаемся к истощению запасов топлива и, следовательно, к энергетическому кризису.
Данный факт подтверждает целесообразность разработок в следующих сферах:
- оптимизация энергопотребления;
- традиционные источники энергии и способы их добычи;
- альтернативные и нетрадиционные источники энергии.
Более того, с ростом числа загрязняющих факторов, особое внимание уделяется экологической составляющей предприятий, в том числе и энерго-объектов, что является существенным аргументом в пользу нетрадиционной энергетики.
Развивая данную тему, хочется отметить, что одним из наиболее эффективных и хорошо себя зарекомендовавших источников возобновляемой энергии является солнечная энергия.
В наше время этот вид энергии получил достаточное распространение, солнечные модули используются повсеместно, начиная от выработки электроэнергии и передачи ее в энергосистему и заканчивая электроснабжением личных изолированных бытовых энергосистем, а также питанием электроприборов и мелкой техники и электроники.
Таким образом, полностью изолированных и автономных систем солнечного энергоснабжения становится всё больше, каждый из нас, так или иначе, сталкивается с этим ресурсом, а значит необходимо тщательно изучать системы подобного рода, особенно в рамках обучения студентов.
Целью данного дипломного проекта является разработка экспериментально-исследовательского стенда на основе солнечной электростанции, выполняющего демонстрационную и обучающую функцию, позволяющего в полной мере ознакомиться с процессом превращения энергии Солнца в электрическую энергию.
Американский социолог Д. Белл отмечал следующие черты постиндустриального общества [1]:
- центральная роль теоретического знания;
- рост класса носителей знания (специалисты и профессионалы);
- институционализация науки, её «зрелое" состояние;
- технологический рост, особая значимость информационных технологий и др.
Опираясь на данные утверждения, логично предположить, что с ростом базы научных знаний растет и сфера их использования, возводятся новые го¬рода, открываются исследовательские центры, создаются различного рода предприятия, зачастую крайне энергоемкие. Все эти факторы ведут к росту потребления электроэнергии в мире. Например, в 2016 году мировое потребление электроэнергии превысило 20 тысяч ТВт-ч [2].
В наши дни основным источником энергии считаются химические топлива, получаемые из природных ископаемых: нефти, природного газа, угля. На данных ресурсах базируется экономика множества государств, темпы добычи растут пропорционально росту мирового населения, а значит с каждым днем мы приближаемся к истощению запасов топлива и, следовательно, к энергетическому кризису.
Данный факт подтверждает целесообразность разработок в следующих сферах:
- оптимизация энергопотребления;
- традиционные источники энергии и способы их добычи;
- альтернативные и нетрадиционные источники энергии.
Более того, с ростом числа загрязняющих факторов, особое внимание уделяется экологической составляющей предприятий, в том числе и энерго-объектов, что является существенным аргументом в пользу нетрадиционной энергетики.
Развивая данную тему, хочется отметить, что одним из наиболее эффективных и хорошо себя зарекомендовавших источников возобновляемой энергии является солнечная энергия.
В наше время этот вид энергии получил достаточное распространение, солнечные модули используются повсеместно, начиная от выработки электроэнергии и передачи ее в энергосистему и заканчивая электроснабжением личных изолированных бытовых энергосистем, а также питанием электроприборов и мелкой техники и электроники.
Таким образом, полностью изолированных и автономных систем солнечного энергоснабжения становится всё больше, каждый из нас, так или иначе, сталкивается с этим ресурсом, а значит необходимо тщательно изучать системы подобного рода, особенно в рамках обучения студентов.
Целью данного дипломного проекта является разработка экспериментально-исследовательского стенда на основе солнечной электростанции, выполняющего демонстрационную и обучающую функцию, позволяющего в полной мере ознакомиться с процессом превращения энергии Солнца в электрическую энергию.
При выполнении выпускной квалификационной работы был спроектирован стенд, моделирующий работу солнечной электростанции.
Для этого, было выбрано подходящее современное оборудование, со-ответствующее надежности и экономичности, отвечающее рассчитанным токам короткого замыкания и выполняющее все возложенные на него функции.
Стенд был выполнен максимально эргономично и наглядно, а также с соблюдением всех норм электро- и пожаробезопасности.
Экономически были выявлены основные капитальные вложения в изготовление стенда, а также издержки на его содержание и амортизация основного оборудования.
Для оценки перспективности проекта был приведен расчет себестоимости электрической энергии. Однако в силу специфики предназначения стен¬да, перспективность проекта следует оценивать не исходя из себестоимости электроэнергии, а из практической пользы, получаемой при использовании данной установки.
Стенд позволяет исследовать закономерности, наблюдаемые в процессе генерации электроэнергии солнечными панелями, а также процессы, происходящие в ФЭУ, в том числе преобразования энергии, ее распределение и потребление нагрузкой.
Данный стенд иллюстрирует все стадии получения, распределения и потребления солнечной энергии и является автономной установкой. Он может использоваться в процессе обучения студентов, для проведения практических и научных работ, является полноценным исследовательским оборудованием. Это подтверждает его практическую, научную и эстетическую ценность и оправдывает силы и средства, вложенные в его изготовление.
Данный стенд находится по адресу г. Красноярск, ул. Ленина, д. 70, аудитория «А104», готов к эксплуатации и изучению.
Для этого, было выбрано подходящее современное оборудование, со-ответствующее надежности и экономичности, отвечающее рассчитанным токам короткого замыкания и выполняющее все возложенные на него функции.
Стенд был выполнен максимально эргономично и наглядно, а также с соблюдением всех норм электро- и пожаробезопасности.
Экономически были выявлены основные капитальные вложения в изготовление стенда, а также издержки на его содержание и амортизация основного оборудования.
Для оценки перспективности проекта был приведен расчет себестоимости электрической энергии. Однако в силу специфики предназначения стен¬да, перспективность проекта следует оценивать не исходя из себестоимости электроэнергии, а из практической пользы, получаемой при использовании данной установки.
Стенд позволяет исследовать закономерности, наблюдаемые в процессе генерации электроэнергии солнечными панелями, а также процессы, происходящие в ФЭУ, в том числе преобразования энергии, ее распределение и потребление нагрузкой.
Данный стенд иллюстрирует все стадии получения, распределения и потребления солнечной энергии и является автономной установкой. Он может использоваться в процессе обучения студентов, для проведения практических и научных работ, является полноценным исследовательским оборудованием. Это подтверждает его практическую, научную и эстетическую ценность и оправдывает силы и средства, вложенные в его изготовление.
Данный стенд находится по адресу г. Красноярск, ул. Ленина, д. 70, аудитория «А104», готов к эксплуатации и изучению.