Методика обоснования параметров систем автономного электроснабжения на базе солнечных фотоэлектрических установок

• Автор: Аронова, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЫБОР ОБЪЕКТА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Перспективы развития и применения систем автономного электроснабжения на базе возобновляющихся источников энергии.

1.2. Анализ современного состояния систем автономного электроснабжения

1.3. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ И ВЕТРОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЯ
2.1. Методика расчета плотности потока солнечного излучения, поступающего на поверхности следящих и наклонных солнечных фотоэлектрических установок
2.1.1. Оценка точности методик расчета плотности потока солнечного излучения при чистом небе. Выбор расчетного метода.
2.1.2. Методика определения плотности потока солнечного излучения, поступающего на поверхности солнечных установок в реальных погодных условиях.

2.2. Методика расчета часовых значений скорости ветра.

2.3. Методика расчета суточных графиков электропотребления автономных

жилых домов
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ СИСТ ЕМЫ АВТОНОМНОГО
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
3.1. Сос тав элементной базы и структурная схема системы автономного электроснабжения.
3.2. Модели элементов системы автономного электроснабжения
3.2.1.Солнечная фотоэлектрическая установка
3.2.2. Ветроэнергетическая установка.
3.2.3. Аккумуляторная батарея
3.2.4. Контроллер заряда аккумуляторных батарей.
3.2.5. Инвертор.
3.2.6. Резервный источник энергии.
3.3. Режимы работы элементов системы автономного электроснабжения
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.
4.1. Исследование зависимости энергетической эффективности солнечных элементов и фотоэлектрических установок от спектрального состава падающего солнечного излучения
4.2. Исследование зависимости энергетической эффективности солнечных элементов и фотоэлектрических установок от температуры элементов
4.2.1. Методика расчета рабочей температуры многопереходного солнечного элемента в модулях с концентраторами излучения.
4.2.2. Методика расчета рабочей температуры кремниевого солнечного элемента в плоском фотоэлектрическом модуле.
4.3. Анализ влияния метеорологических факторов на энергетические
характеристики солнечных фотоэлектрических элементов
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
5.1. Методика обоснования параметров систем автономного электроснабжения.
5.2. Алгоритм выбора оптимальных структурной схемы и параметров элементов систем автономного электроснабжения
5.2. Пример расчета оптимальных параметров систем автономного электроснабжения для конкретного географического пункта
5.3. Определение районов перспективного применения систем автономного
электроснабжения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Методика моделирования работы и оптимизации параметров элементов системы автономного электроснабжения. Основные положения диссертации доложены на семинарах кафедры Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика СПбГПУ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, на заседании Шестой научной молодежной школы Возобновляемые источники энергии г. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Она содержит 0 страниц машинописного текста, рисунков, таблиц и список используемой литературы из 6 наименований. В первой главе дан анализ ключевых проблем, возникающих при электроснабжении автономных потребителей, показаны современные тенденции производства п применения солнечных фотоэлектрических установок, а также перспективность использования в системах автономного энергообеспечения СФЭУ с концентраторами излучения и многопереходными солнечными элементами. Обоснован наиболее рациональный элементный состав С АЭС. Во второй главе представлены методики и алгоритмы определения данных о почасовом потреблении электроэнергии автономным жилым домом, о поступлении солнечного излучения на различно ориентированные поверхности СФЭУ, а также об изменении скорости ветра в течение каждого дня года. В третьей главе определена структурная схема системы автономного электроснабжения. Приведены уточненные математические модели элементов САЭС, учитывающие изменение их КПД в зависимости от величин потоков энергии, циркулирующих в системе. Определены режимы работы элементов САЭС, получены уравнения для потоков энергии, циркулирующих в системе при каждом режиме. В четвертой главе выполнены оценки влияния эксплуатационных факторов на энергетическую эффективность солнечных фотоэлектрических установок. Приведены новые методы учета зависимости КПД СФЭУ от плотности потока и спектрального состава падающего солнечного излучения, а также от температуры солнечных элементов. В пятой главе диссертации разработана методика и алгоритм моделирования работы и оптимизации систем автономного электроснабжения. Проведена оптимизация структурной схемы и параметров элементов САЭС для пятидесяти географических пунктов, характеризующихся различными солнечными и ветровыми ресурсами. В заключении диссертационной работы приведены основные результаты и выводы. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д. В.А. ВИЭГ, профессору, д. В.В. Елистратову за помощь в завершении диссертации, в работе над авторефератом и подготовке к защите. Также автор выражает благодарность к. М.З. Шварцу, зав. Цветкову, д. Г.И. Сидоренко, к. Л.И. Кубышкину за помощь и ценные замечания в процессе выполнения методической части работы. ГЛАВА 1. В настоящее время в мире все еще существуют области децентрализованного и ненадежного централизованного электроснабжения. Для обеспечения потребителей в таких районах традиционно применяют автономные бензиновые или дизельные системы. Однако, работа таких установок сопряжена со значительными материальными затратами на топливо, стоимость которого в последние годы достаточно устойчиво растет , трудностями в его доставке в отдаленные районы, а также наносимым негативным воздействием на окружающую среду. Альтернативой такому варианту электроснабжения могут выступать системы на базе солнечных фотоэлектрических установок, преобразующих экологически чистый повсеместно доступный источник энергии солнечное излучение. Использование солнечных фотоэлектрических установок имеет большое значение и для России. В настоящее время более половины территории РФ, и прежде всего удаленные районы Крайнего Севера, Дальнего Востока и Восточной Сибири не имеют централизованного электроснабжения , . В то же время среднегодовые суммы энергии поступающего солнечного излучения во многих районах России, таких, например, как Забайкалье, больше, чем на территориях Германии или Испании, где уже сейчас находят массовое применение солнечные фотоэлектрические установки рис. Все это свидетельствует о возможности успешного использования установок такого типа и в России.