СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
SOLAR ENERGY
Статья поступила в редакцию 16.01.13. Ред. рег. № 1511 The article has entered in publishing office 16.01.13. Ed. reg. No. 1511
УДК 621.383
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ В.В.Харченко, В.А.Гусаров, В.А.Майоров, В.А.Панченко
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, 2, ВИЭСХ 8-905-549-01-21, cosinys50@mail.ru
Заключение совета рецензентов 23.01.13 Заключение совета экспертов 30.01.13 Принято к публикации 06.02.13
Разработана и изготовлена экспериментальная энергетическая установка, преобразующая энергию солнечного излучения в электрическую энергию переменного тока, промышленной частоты и напряжением 220 В с функцией генерации электроэнергии в центральную сеть с использованием параллельной работы в локальной микросети, исследованы рабочие характеристики при проведении натурных испытаний в года на гелиополигоне ГНУ ВИЭСХ для электропитания оборудования небольшой мощности.
Ключевые слова: солнечная электростанция, энергетическая установка локальная микросеть, пиковая нагрузка, источник опорного напряжения, аккумуляторная батарея, синхронизация сигналов
SOLAR POWER STATION FOR PARALLEL WORK
V.V.Kharchenko, V.A.Gusarov, V.A.Mayorov, V.A.Panchenko
All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) VIESH, 1st Veshnyakovsky pr., 2, Moscow, 109456, Russia Tel: +7(499) 171-96-70; fax: 170-51-01, e-mail: kharval@mail.ru, ptikhonov@inbox.ru
Referred 23.01.13 Expertise 30.01.13 Accepted 06.02.13
An experimental power plant has been designed and manufactured. The power plant converts energy of solar radiation into electrical energy having the characteristics of industrial frequency and voltage of 220 V, with the function of electricity generation into central network using parallel operation in local microgrids. Full-scale tests have been carried out during one year at GNU VIESH helio-test-site to power an equipment of small power.
Keywords: solar power, power plant, local microgrids, peak load, reference voltage source, battery, signal timing.
Валерий Владимирович Харченко
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор
Область научных интересов: технологии возобновляемой энергетики Публикации: 243
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, заведующий лабораторией, кандидат технических наук
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, энергоснабжение, энергоэффективность
Публикации: 37
Валентин Александрович Гусаров
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 02 (119) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Владимир Александрович Майоров
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, заведующий лабораторией, кандидат технических наук
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, энергоснабжение, энергоэффективность
Публикации: 117
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, младший научный сотрудник, аспирант
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, энергоснабжение, энергоэффективность
Публикации: 10
Владимир Анатольевич Панченко
Начало XXI века отмечено всемирным развитием энергетики с использованием возобновляемых источников энергии. Россия, имеющая огромные запасы углеводородного сырья, традиционно использовало его для снабжения гигантских электростанций, обеспечивающих электроэнергией компактно расположенные регионы. В последнее время, когда генерирующие мощности перешли в частное владение, строительство мощных электростанций приостановилось, поэтому процесс охвата энергетическими сетями новых регионов замедлился. Распределительные компании расширяют энергетические сети, но в пределах собственной досягаемости с учётом наличия свободной мощности и, как правило, за счёт потребителей. Далеко стоящие от централизованных линий небольшие поселения, не имеющие достаточных средств на прокладку протяжённых линий электропередач, вынуждены осуществлять электроснабжение своими силами, организуя локальные микросети. Обычно эта микросеть представляет собой дизельную электростанцию напряжением 380\220 В с распределительными щитами и линиями электропередач протяжённостью 2-3 км. В большинстве случаев электроснабжение в таких поселениях осуществляется не круглосуточно, а по установленному графику, как правило, это несколько часов утром и несколько часов вечером. Это связано с тем, что круглосуточная работа дизельной электростанции за счёт работы в недогруженное время суток имеет низкую эффективность, а отсюда, высокую себестоимость электроэнергии. Это приводит к тому, что некоторые потребители, которых не устраивает такое электроснабжение, для ликвидации дефицита электроэнергии устанавливают собственные
электростанции. Это бытовые дизельные и бензиновые электростанции, солнечные
преобразователи, ветроагрегаты, сетевые инверторы и т. д. Но, даже имея собственный дополнительный источник энергии, трудно добиться высокой экономической эффективности электроснабжения [1].
Одним из высокоэффективных и надёжных методов организации локальной микросети является включение всех возможных источников энергии, находящихся в собственности у жителей такого поселения, в работу на единую общую нагрузку с возможностью резервирования энергии для последующего использования её в мало загруженное ночное время. Для этого необходимо микросеть дополнить средствами резервирования
электроэнергии (аккумуляторами) и
преобразователями энергии (инверторами). Для обеспечения сети синусоидальным сигналом промышленной частоты, сеть должна иметь источник опорного напряжения (ИОН) с фиксированной частотой 50 Гц. В качестве источника опорного напряжения необходимо выбрать наиболее мощный генератор, а все имеющиеся электростанции подключить к сети через устройства регулирования выходного сигнала. Солнечные и ветро-электростанции являются нестабильными, постоянно подключенными генераторами, бензиновые и дизельные электростанции включаются в моменты пиковых нагрузок. Источником опорного напряжения может быть мощный инвертор с большой ёмкостью аккумуляторных батарей или любой тепловой генератор. Мощность ИОН определяется суммированной нагрузкой потребителей в ночное или другое малонагруженное время. Использование
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 02 (119) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
в качестве ИОН тепловых машин рационально тогда, когда имеется в наличии дешёвое топливо, такое как биогаз, растительные масла и т.д.
К сожалению, в России не проектируются и почти не создаются подобные микросети. Однако некоторые частные и государственные предприятия по собственной инициативе взялись за разработку локальных микросетей, использующих энергию местных возобновляемых источников.
Так, в ГНУ ВИЭСХ в 2011 году была принята программа по энергосбережению, развитию и использованию локальных микросистем,
использующих возобновляемые источники энергии. Перед отделами и лабораториями института поставлена задача по созданию энергетических установок небольшой мощности для удовлетворения собственных потребностей.
В отделе возобновляемых источников энергии ГНУ ВИЭСХ, для реализации этой программы, разработана и создана экспериментальная энергетическая установка, преобразующая энергию солнечного излучения в электрическую энергию переменного тока промышленной частоты, напряжением 220 В и генерирующую её в центральную сеть (Рис. 1, 2). Эта установка имеет блок бесперебойного питания, формирующий синусоидальный сигнал частотой 50 Гц путём математического исчисления. Качество полученного сигнала позволяет её использовать как источник опорного напряжения.
Рис.1. Солнечная электростанция Fig. 1. Solar power station
В настоящее время эксперимент проводится на гелиополигоне ГНУ ВИЭСХ и заключается в следующем: исследование совместимости параллельной работы созданной в ГНУ ВИЭСХ солнечной энергетической установки с импровизированной локальной микросетью и определение степени её эффективности. В качестве локальной сети используется центральная сеть, находящаяся на территории ГНУ ВИЭСХ. Экспериментальная солнечная энергетическая установка состоит из фотопреобразователей мощностью 1150 ВА, блока бесперебойного питания с функцией генерации электроэнергии в
центральную сеть и мощностью генерирующей функции 1000 ВА, контроллера заряда постоянного тока мощностью 1500 ВА, однофазного электросчётчика, аккумуляторной станции напряжением 24 В, ёмкостью 100 А^ч.
Рис. 2. Электронная система генерации солнечной электростанции
Fig. 2. Electronic generation system of solar power station
Место проведения эксперимента - г. Москва.
Были определены и исследованы различные факторы, влияющие на работу солнечной электростанции.
Положительные факторы: фотопреобразователи расположены на высоте 11 метров от уровня земли, ориентация - на юг, угол наклона фотопреобразователей - 50°, продолжительный световой день в летний период.
Отрицательные факторы: наличие комплекта ветроагрегатов в непосредственной близости и частично затеняющие фотопреобразователи в период с ноября по апрель месяцы, наличие улицы с интенсивным автомобильным движением, влияющим на запылённость фотопреобразователей, наличие загрязнённой атмосферы, присущей большому промышленному городу, короткий световой день в зимний период.
Электрическая блок-схема энергетической установки представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Электрическая блок-схема энергетической
солнечной установки Fig. 3. Electric block diagram of power solar facility
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 02 (119) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Снятие показаний электросчётчика
производилось 19 января 2012 г по сей день не стабильно. Для определения дневной выработки энергетической установки была разработана методика определения усредненного коэффициента выработки электроэнергии в измеряемый период р, выраженный в процентах по отношению к наиболее возможной (эталонной) дневной выработке этой ус
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.