автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Переносные фотоэлектрические станции для электроснабжения потребителей объектов отгонного животноводства

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

" Г 5 ОД

. п гиг, На правах рукописи

] и ЯН В Ъл

АЛИЕВ Рамазан Курбанович

ПЕРЕНОСНЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ ОТГОННОГО ЖИВОТНОВОДСТВА

Специальность 05.14.08 - преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ)

Научный руководитель: член-корреспондент РАСХН, доктор технических наук, профессор Сгребков Д.С.

Научный консультант: кандидат технических наук, старший научный сотрудник, эксперт ООН по использованию возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве Муругов В.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Виссарионов В.И. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Тверьянович Э.В.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства (ВНИПТИМЭСХ)

Защита состоите^ ^ С г- в_часов на заседании

диссертационного совета Д.020.15.01 при' Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства по адресу: 109456, 1-й Вешняковский проезд, д.2, ВИЭСХ.

С диссертацией можно гонркомиться в библиотеке ВИЭСХ. Автореферат разослан " 1995 г..

Отзывы на автореферат, заверенные печатью (в двух экземплярах) просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Некрасов А.И.

ОКЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Более 70% территории Российской Федерации не имеют централизованного энергоснабжения. Значительная часть этой территории (горные массивы, лесостепные, степные, полупустынные зоны) используются для сезонного и круглогодичного паебнщного содержания сельскохозяйственных животных.

В связи с тенденцией перехода в России цен традиционных энергоносителей (нефть, газ, уголь) на мировой уровень электрификация рассредоточенных объектов пастибщного животноводства экономически целесообразно осуществлять за счет возобновляемых источников энергии. К таким потребителям относятся жилища чабанов и пастухов, пчеловодческие и охотнические хозяйства, промысловики и другие сезонные сельскохозяйственные работники. Для сезонных работников основными процессами электрификации являются: освещение, радиосвязь, телевизионный приемник и другие маломощные бытовые потребители. Электрификация таких первоочередных процессов для сельских потребителей имеет большое социальное значение. Применение в настоящее время на некоторых пастбищных объектах дизельэлектрических и бензоэлек-трических агрегатов связано с большими эксплуатационными расходами и зачастую с большими трудностями при доставке топлива.

Наиболее рациональное решение проблемы электроснабжения указанных потребителей возможно при использовании солнечной энергии, ресурсы которой достаточны для основных регионов пастбищного животноводства (Северный Кавказ, Южный Урал, Восточная Сибирь и др.)

Работа выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика", направление "Нетрадиционная энергетика".

Цель работы Диссертация посвящена созданию переносных электрических установок, обеспечивающих эффективное преобразование эиергии солнечного излучения в электрическую для потребителей малой мощности, удаленных от централизованных источников энергии. Для достижения поставленной цели в работе был рассмотрен комплекс взаимосвязанных задач:

- разработать методологию создания системы "Солнечное излучение -фотоэлектрическая станция (ФЭС) - потребитель" с целью оценки составных элементов системы;.

- неележишь И'шшшс пи эффективность преобразования лк-рши солнечно й ралнаннн на различных высотах местности;

- описать зарядные характеристики аккумуляторных батарей (АБ) при различных режимах заряда;

- исследовать математическую модель взаимодействия системы "Солнечная батарея (СБ) - А Б";

- разработать методику расчета оптимальных параметров ФЭС;

- определить тсхнико-экоиомическую эффективность использования переносных комплектных ФЭС.

Методика исследований основана на аналитическом методе с использованием физического и математического моделирования, а также экспериментальной проверке, базирующейся на натурном моделировании электрофизических процессов. Результаты исследований обработаны с помощью методов математической статистики.

Научная новизна. По результатам выполненной диссертационной работы получены следующие научные результаты:

- на основе системного анализа и структурного синтеза сформулированы основные требования и этапы разработки ФЭС;

- предложены новые коэффициенты: энергетический коэффициент, отражающий величину изменения интенсивности солнечного излучения с изменением высоты местности над уровнем моря; коэффициент энергетической эффективности, характерный для каждой зоны равной энергии, на которые разбита территория возможного использования ФЭС; коэффициент закрытости горизонта рельефом местности;

- разработано аналитическое описание характера взаимодействия системы СБ-АБ, условий возможности заряда АБ от СБ;

- определен порог минимальной интенсивности эффективного фотопреобразования;

- разработана методика расчета оптимальных параметров элементов, составляющих ФЭС. Определены критерии оценки энергоэкономической эффективности использования ФЭС.

Практическая ценность работы. На основании результатов исследований были разработаны требования к конструкции переносной фотоэлектрической станции. Разработана методика инженерного расчета параметров элементов ФЭС, а также типоразмеров ФЭС для различных условий возможной эксплуатации.

Реализация результатов исследовании. Результаты исследовании использованы lia заводе Трап" (г.Владнкапказ) при создании переносной фотоэлектрической станции с пиковой мощностью СБ 20Вт, прошедшей ведомственные испытания и рекомендованной к внедрению в серийное производство.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ВИЭСХ, региональных и республиканских конференциях в Москве, Смоленске, С.-Петербурге, Владикавказе, Ереване.

Публикация результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 19 печатных работ и получены 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 176 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 39 таблиц и состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка из 159 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы и ее связь с государственными координационными планами, дается характеристика выбранных направлений и методов исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ состояния вопроса энергоснабжения потребителей малой мощности, удаленных от централизованных линий электропередач, с помощью возобновляемых источников энергии. Отмечена перспектива использования на отгонных пастбищах переносных фотоэлектрических станций. Вопросам создания автономных источников электроснабжения и использования возобновляемых источников энергии посвящены работы Виссарионова В.И., Евдокимова В.М., Рябикова C.B., Стребкова Д.С., Усаков-ского В.М. и других ученых, проанализированы тенденции развития систем фотопреобразования, аккумулирования и энергопотребления.

Отмечена и обоснована целесообразность использования в переносных комплектных ФЭС кремниевых монокрнсташшческих солнечных батарей и герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов или батарей на их основе.

Рассмотрены автономные сельскохозяйственные потребители и структура их энергопотребления. Дана классификация потребителей.

Рассмотрены il iipo.iiMiiniipon.iifM jiicpiopccypchi Солнца lia территории ведения onomioro животноводства. Oimciciii.i изменения параметров солнечного излучения на различных гсо|рафичсских широтах и высотах местности над уровнем моря.

К настоящему времени выполнен сраппитслмю большой объем теоретических и экспериментальных исследований в направлении создания и проектирования ФЭС. Разработаны различные установки, однако анализ методик расчета оптимальных параметров ФЭС предопределяет необходимость учета в расчетах значительных отклонений параметров солнечного излучения на различных высотах над уровнем моря или широты местности предполагаемой эксплуатации ФЭС. Отмечена необходимость учета и влияние рельефа местности на степень закрытости горизонта.

В заключение главы сформулированы требования к разрабатываемым установкам, обеспечивающие эффективное их использование в условиях отгонных пастбищ, задачи исследования, которые решаются в диссертационной работе.

Вторая глава посвящена исследованию системы "Солнечное излучение -ФЭС - потребитель". Представлен структурный синтез и системный анализ системы "Солнечное излучение - ФЭС - потребитель", сформулированы основные требования н этапы разработки ФЭС.

Важным этапом при разработке ФЭС является анализ условий внешней среды. Известно, что изменение с высотой суммарного солнечного излучения, поступающего при отсутствии облаков на земную поверхность, относительно излучения, поступающего на верхнюю границу атмосферы, происходит по экспоненциальному закону:

1-

гь

(1)

roe Qlt - суммарное солнечное излучение на высоте Н; Q„ - излучение,

поступающее на верхнюю граиицу атмосферы; Q - суммарное излучение при

ясном небе у земной поверхности (на уровне моря); Ео- показатель экспоненты равный для средних условий прозрачности 4,5 км по наблюдениям горных станции ; Ко- величина коэффициента, определяющего среднее пропускание солнечного излучения, на уровне земной поверхности; По -

средняя облачность ti долях единицы. Величина суммарного излучения при любых условиях будет возрастать с высотой, однако характер се изменения при безоблачном небе и сплошной облачности будет различным. Для оценки величины изменения интенсивности солнечного излучения предложен энергетический коэффициент:

£i = q ; 0,75< < 1 (2)

Для рационального использования ФЭС, территорию возможного использования ФЭС, на основе климатических данных многолетних наблюдений и карт со средними годовыми изоэнергетическимн кривыми, удобно разделить па зоны равной энергии, каждая из которых представляется соответствующей для данной зоны метеостанцией наблюдения. Для разграничения зон предложен коэффициент энергетической эффективности в виде соотношения

^E-No^Qmin. о,5<£<1,3 (3)

Q N

где Е - среднее годовое значение энергии, приходящее в регион наблюдения, кВт-ч/м1 ; No б - среднее значение продолжительности облачной погоды, характерное для данного региона, ч; Qmin * среднее значение интенсивности излучения, не превосходящее интенсивности порога возможности использования ФЭС, 200 Вт/мг; Q - среднее значение среднесуточной интенсивности суммарного излучения, для всей территории возможного использования ФЭС, Вт/мг; N - среднее значение продолжительности солнечного сияния для всей территории возможного использования ФЭС, ч.

Учитывая коэффициент энергетической эффективности, можно рассчитать параметры узлов ФЭС оптимальные для каждой зоны соответствующей каждому пункту наблюдения-метеостанции.

В случае закрытости горизонта рельефом местности или другими физическими объектами, влияющими на приход прямой составляющей суммарного излучения, энергетические потери оцениваются, используя коэффициент закрытости горизонта, вычисляемый выражением

1-С05 ^ (1в-Ь) 1пс

0<ф<1 (4)

* 1 2

гае 1ис - продолжительность полного светового дня; 1в - время восхода Солнца из-за горизонта; - время наступления тени вследствие захода Солнца за горизонт.

Используя полученные коэффициенты, имеем выражение шгтегрального

коэффициента эффективности преобразования СБ соответствующий для

местности возможного расположения ФЭС.

0<5<1,7 (5)

С учетом интегрального коэффициента эффективности преобразования, выходная мощность СБ представится в виде

Рсб^С^сбСОЭ Г (6)

где Т|с5- к пд. СБ; 8- площадь СБ; Б- интегральный фактор учитывающий

особенности СБ и возможную деградацию ее параметров; интенсивность

солнечного излучения; Г - суммарный угол между направлением на Солнце и нормалью к плоскости СБ.

В процессе оптимизации параметров модели ФЭС представляет большой интерес, аналитическое описание зарядных характеристик АБ в составе ФЭС. В качестве основного типа АБ приняты герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы рекомендуемые для ФЭС, как наиболее приемлемые для слаботоковых систем заряд-разряда.

Для аналитического описания процесса заряда рассмотрены следующие режимы заряда. Заряд постоянным током, заряд при постоянном напряжении и импульсный заряд.

Аналитическое описание процесса заряда постоянным током представлено в следующем виде

и3 = и+1зК+К(1-ей)+А{е^-1) (7)

R - омическое сопротшшсинс АБ; Ь - ток заряда; С- емкость, полученная АБ к моменту прсмсни t ; А, В, К,Ж" параметры формы зарядной кривой. Для способа заряда при постоянном напряжении зависимость тока от времени изменяется по экспоненциальному закону. Изменения формы зарядной кривой в зависимости от изменения параметров модели представлены на рис I, а изменение формы зарядной кривой при постоянном напряжении и характер изменения зарядной емкости представлены на рис.2

ISA

Я

и О

1U

(¡/

шА \ V-60

/А \ В«50

if ) >в.«о

Л \в-м

С, Ач

Я

О

о

1.-1,25 i.-i.0

\

1.-0,75 k-o.s

С. Ач 10

Рис.1. Изменение формы зарядной кривой при различных значениях параметров Вий, соответственно.

Для импульсного заряда ток во времени изменяется скачкообразно, время заряда полным током и время подзаряда зависит от степени заряженности АБ.

1.0

Рис.2. Характер изменения зарядной емкости и формы зарядной кривой при постоянном напряжении.

о _______

0 з.о

Все типы аккумуляторов электрической энергии имеют свои характерные энергетические показатели, режимы работы, особенности конструктивного и схемотехнического исполнения, определяющие рациональные области их использования. Особое значение дня аккумуляторов всех типов имеет согласование их характеристик с параметрами первичных источников энергии, нагрузочных элементов и т.д.

Рассмотрена система СЬ-Л(>, режим иряла, лтя когорон осуществляется поэтапно, в начале ири постоянном токе до достижения заданного напряжения, далее при постоянном напряжении при котором по мерс заряжснности АБ ток заряда уменьшается, при достижении заданного значения заряд продолжается в импульсном режиме, дозаряжая АБ в последующем продолжительное время током подзаряда.

Путем совместного решения уравнений ВАХ СБ и уравнения кривой зарядной модели АБ получены условия заряда АБ от СБ т.е. условия, когаа зарвдный ток протекает от СБ к АБ. Исходя из данных условий получено выражение порога минимальной интенсивности эффективного фотопреобразования в виде выражения

коТЫп/е^Н"-'^

-1-¿Ш-2

q^SFr^c0COs Г

где q - заряд электрона ; К - последовательное сопротивление солнечного

элемента (СЭ); 13 - ток внешней цепи; Ьи - ток неосновных носителей через р-п - переход в темноте; Т - температура; ко - постоянная Больцмана - 4

(0,86*10 эВ/град) • При интенсивности* солнечного излучения, не удовлетворяющих выражению (8), процесс заряда АБ от СБ прекращается. Разработана методика расчета оптимальных параметров ФЭС. Основой оптимальных расчетов является баланс режимов энергопроизводительности и энергопотребления, выражающий полезную энергопроизводителыюсть ФЭС как объективный критерий оценки эффективности использования ФЭС.

Объем полезной работы, выполняемой ФЭС в течение часа, месяца, сезона, характеризуется фактической суммарной выработкой , измеряемой в кВт.ч . В связи с непостоянством плотности потока солнечного излучения и режима его поступления, выработка энергии отличается от номинальной расчетной и может быть оценена коэффициентом полезного использования установленной мощности, как еще одним критерием оценки энерго-экономичсской эффективности использования ФЭС.

Кпи=—^-->тах (9)

Ф(Рс)

(В)

гас ф (Р»)= с * Функционал фактической выработки

электроэнергии; , с б Б, N Т ^ - функционал макси-

мальной, расчетной возможной выработки за период солнечного сияния. В сфере применения фактическую выработку можно повысить за счет увеличения среднесуточной продолжительности работы ФЭС рациональным агрегатированием СБ, использованием большей части ее потенциала.

Третья глава содержит описание экспериментального комплекта ФЭС "Одиссей", методик проведения испытаний и измерения параметров, результаты лабораторных исследований ФЭС и испытаний установок в естественных условиях.

Исследования ФЭС проводились с целью определения ее работоспособности и основных энергетических характеристик в режиме непостоянства прихода солнечного излучения т.е. энергопроизводительности и энергопотребления. В качестве фотоэлектрического преобразователя использовалась СБ "Утес", которая спроектирована и изготовлена согласно технического задания, разработанная по результатам исследований системы СБ-АБ. В качестве электрохимического аккумулятора выбрана АБ типа 10НКГ-10Д. Испытания проводились на экспериментальной ФЭС "Одиссей". С учетом особенностей эксплуатации герметичных АБ разработан блок управления (БУ), предназначенный для реализации следующих функций.

- контроль режима заряда АБ от СБ.

- контроль режима разряда АБ с отключением потребителей при достижении значения минимально допустимого напряжения АБ.

- индикацию уровня зараженности АБ.

- преобразование напряжения с 12 В на 220 В, 50 Гц для литания потребителей.

- стабилизирование на 9 В .

В процессе заряда АБ от 0 до 100 % емкости последовательно реализуются четыре режима :

- заряд при постоянном токе;

- заряд при постоянном напряжении;

- импульсный режим заряда;

- режим подзаряда.

Исследования тряпных харлысрнешк Ali 10НКГ-10Д от (i.u.ipcu солнечной nc|KHociioii (БСП) "Утсс" с помощью ума заряда ЬУ проводились в соответствии с методикой испытаний переносного комплекта "Одиссей". Экспериментальные исследования процесса заряда АБ проводилось при различных погодных условиях и различных формах ориентации БСП "Утсс" на Солнцс(почасовая, трехкратная и однократная установка на юг). Приведены результаты оценки аккумулированной энергии при данных условиях заряда АБ. Исследования проводились на широте 43° г.Владикавказа в осенний период (конец сентября-октябрь) и показали работоспособность узла заряда БУ. Из данных экспериментальных исследований следует, что уровень заряда АБ в основном зависит от погодных условий и в меньшей степени зависит от ориентации БСП "Утес" на Солнце. Из анализа экспериментальных данных следует, что при относительно равных условиях почасовая.ориентация БСП в сравнении с однократной установкой на Солнце в направлении на юг, различие в аккумулированной энергии составляет 23%, а при сравнении почасовой ориентации с трехкратной различие составило 17%. Отличие в аккумулированной энергии при трехкратной ориентации и однократной составляет 5%. Таким образом, при практическом использовании ФЭС "Одиссей" в производственных условиях можно допускать однократную ориентацию Б СП "Утес" на Солнце под соответствующим углом наклона. В этом случае потери при аккумулировании не превысят 25% от максимально возможного уровня. Кривые заряда АБ при различных условиях погоды и различных вариантах ориентации БСП "Утес" и форма изменения зарядной емкости представлены на рис.3 и рнс.4 соответственно. Наряду с режимами заряда АБ проводились исследования режимов работы основных потребителей. В качестве основных потребителей рассматривались наиболее мощные потребители: осветительная нагрузка на базе ламп КЛС 9/ТБЦ и КЛС 13/ТБЦ с мощностью соответственно 9 и 13 Вт и телевизор "Электроника 409Д" с потребляемой мощностью 8 Вт.

При экспериментальных исследованиях режимов работы светильника от БУ наибольший интерес представляет продолжительность его непрерывной работы при полной зарядной емкости АБ и надежности зажигания при различных уровнях заряжснности АБ. При исследовании надежности зажигания фиксировался не только факт зажигания, но и время процесса поджига.

В исследованиях по режимам работы телевизора проверялась длительность его работы.

+— -1-й 1 -1- 1 Р—г ____

—и 5-Д Ьг

А

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Местное время, ч

Рис.3. Экспериментальные кривые заряда АБ от БСП при: -Х-почасовой ориентации в ясную погоду; -О-почасовой ориентации в погоду с переменной облачностью; -О -разовой ориентации в ясную погоду; -Л -разовой ориентации при ясном небе с дымкой.

Длительность непрерывной работы светильника КЛС 13/ТБЦ при полностью заряженной АБ, в зависимости от схемы включения, колеблется от 5ч 50мин до 6ч ЗОмин. Снижение светового потока лампы в процессе горения, в связи с падением напряжения на АБ, не превышало 20%. Величина остаточной емкости после отключения светильника составляла 0,5-0,8 А.ч, что позволяет питать маломощные нагрузки, например, радиоприемник. Узел контроля разряженное™ АБ, настроенный на величину 10,1 В, четко срабатывал на данной уставке. Время непрерывной работы телевизора от полностью заряженной АБ составило 14,5 часов. Качество приема телевизионных программ при совместной работе с осветительной нагрузкой не ухудшилось. Узел контроля глубины разряда АБ отключает нагрузку в соответствии с уставкой 10,1 В.

В данной главе представлена инженерная методика расчета энергетических параметров ФЭС Расчет энергетических параметров СБ, АБ, БУ, определение оптимальных параметров проводились на основе уравнения энергобаланса, представленного в виде выражения (10)

—

и 4>

А

12 ' 13

Текушеее время, ч Рис. 4. Экспериментальные кривые заряда АБ10НКГ-10Д при: -Х-почасовой ориентации в ясную погоду; -О-почасовой ориентации в погоду с переменной облачностью; -А -разовой ориентации в ясную погоду;

-разовой ориентации при ясном небе с дымкой;

1

Т|АБ(©

Шпот^Ри) = , ^

гас \Упот Wn ' потребляемая энергия и энергия, вырабатываемая ФЭС соответственно; 11,12 - время, за которое энергия потребляется и производится соответственно; ©- степень заряжснности АБ; Рп - мощность потребителя; Т|лЕ,Т]в' - к пд. АБ и БУ соответственно; плотность суммарного потока

солнечного излучения, приходящего на наклонную поверхность южной ориентации.

Для инженерного расчета энергетических параметров ФЭС разработана номограмма, представленная на рис.5.

Номограмма, исходя из мощности светильника и др. маломощных потребителей комплекта ФЭС и времени энергопотребления с учетом сезона, времени года и числа пасмурных дней (подряд), позволяет определить на первой стадии требуемую емкость АБ.

о

г

эен ЧпнХэ • у»и»1идм)1оа

104 'тэонЬгаи ионнигаоимэЛ 1д1 ч!эоиио1Э

Число пасмурных дней подряд

Площадь активной поверхности СБ, м" * 10ч

Исходя из пашенной емкости АБ с учетом коэффициента отдачи, находится требуемая мощность СБ, сс площадь и энсргонроизводитслыюсть в соответствии энергорссурсам Солнца региона, зоны ют местности предполагаемого расположения ФЭС. Исходя из значений полученных параметров ФЭС и зная стоимость 1 Вт установленной мощности установки, в момент проектирования ФЭС требуемой мощности, можно определить стоимость ФЭС к моменту ее создания. С использованием вышеизложенной методики расчета составлено техническое задание, на основании которого в ЦОПКБ ВИЭСХ разработан проект 1644.00.00.000 "Станции фотоэлектрической для автономного освещения".

Четвертая глава содержит анализ технико-экономической эффективности применения ФЭС различной мощности. Установлен закон изменения экономической эффективности применения ФЭС в зависимости от региона предполагаемой эксплуатации (широты местности или высоты над уровнем моря) в связи с изменением необходимой мощности СБ в составе ФЭС.

Приведен сравнительный анализ стоимости получаемой электроэнергии в мировых ценах для различных энергоисточников (рис. б). Расчет экономической эффективности применения ФЭС выполнен методом приведенных затрат, сравнением с бензоэлектрической станцией, рассмотренной в качестве базового варианта.

Годовой экономический эффект от использования переносных ФЭС мощностью 20, 40 и 80 Вт составляет 502,9; 317,4; 310,3 руб. (в ценах 1987г.) соответственно. Тенденция изменения экономического эффекта и лимитной цены переносной ФЭС с ростом ее мощности представлена па рис. 7.

Рис 6. Приведенные затраты на производство электроэнергии

различными эиергоисточниками. Г, 1" - дизель- и бензоэлектростанциями при цене топлива

соответственно 1,5 и 0,25 $/л; 2\ 2" - встроэлсктростанциями при среднегодовой скорости ветра 4 и 6 м/с;

3\ 3" - фотоэлектрическими станциями при суточной приходе

солнечной радиации 4 и 6 кВт-ч/мг; 4\ 4" - свободнопоточными микроГЭС при скорости потока воды 0,8 и 2 м/с;

5 - напорными микроГЭС;

6 - от сетей централизованного энергоснабжения при

расстоянии до потребителя 10 км.

о

X

1.8

О

>» 1.7

о.

п 1.6

« 1.5

к

•

и

1.4

«1

X ь х 1.}

1 1.2

Ц

1.1

3 .

2 .

>Г"

■ ' ' '_I_I_I-1_|_

20 40 60 80 100

мощность *эс, ВТ

ч

\

N

\

Рис 7. Изменение экономического эффекта и лимитной цены переносных ФЭС с изменением их мощности (в ценах 1987 г.)

ВЫВОДЫ

1. Одним из путей решения вопроса экономного энергообеспечения производственно-бытовых потребителей малой мощности, объектов отгонного животноводства в зонах децентрализованного энергоснабжения является использование возобновляемых источников энергии, в частности полупроводниковых фотопреобразоватслей и автономных переносных ФЭС на их основе.

2. Разработана методика расчета оптимальных параметров ФЭС. Получены коэффициенты расчета энергетических параметров солнечного излучения, приходящего к лучеприемнои поверхности СБ. Определен интегральный коэффициент эффективности. Определены критерии энерго-экономичсской эффективности использования ФЭС.

3. Разработана математическая модель режима заряда АБ в составе ФЭС, с помощью которой представлено аналитическое описание характера взаимодействия системы СБ-АБ, а также определен порог минимальной интенсивности эффективного фотопреобразования, обеспечивающий заряд АБ.

4. Разработаны и исслеломаиы при различных условиях окружающей среды БСП "Утсс" и БУ, реализующий различные режимы функционирования ФЭС.

5. Исследованы различные варианты режимов заряда АБ 10НКГ-10Д от БСП "Утсс" и режимы работы потребителей комплекта ФЭС. Уменьшение светового потока люминесцентного светильника вследствие снижения напряжения на АБ не превышает 20%. Разрядная емкость АБ определяется уставкой напряжения БУ на 10,1 В, при этом величина остаточной емкости АБ составляла 5-8% от номинальной, что позволяет питать менее мощные потребители, например, радиоприемиик.

6. Изготовлены экспериментальные образцы переносной ФЭС-20 с пиковой мощностью СБ 20 Вт. Испытания в натурных условиях при различных условиях погоды, ориентации СБ, режимах заряда АБ подтверждают его эффективную работу при плотностях потока солнечного излучения от 200 Вт / м 2 и выше.

7. Определена эффективность использования переносной ФЭС для электроснабжения маломощных сельскохозяйственных потребителей. Установлена экономическая целесообразность использования переносных ФЭС при интенсивности солнечного излучения 200 Вт / м2 и выше. При этом годовой экономический эффект при пиковой мощности СБ 20, 40, 80 Вт в сравнении с электроснабжением от бензоэлектростанции составляет 502,9; 317,4; 310,3 руб. соответственно (в ценах 1987 г.)

8. Переносная ФЭС-20 прошла предварительные испытания и рекомендована к серийному производству. Изготовлены опытные образцы ФЭС-20 па заводе "Гран"(г. Владикавказ, Сев.-Осетия).

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах:

1. Алиев Р.К., Муругов В.П., Стрсбков Д.С. Фотоэнергетика сельского хозяйства.// Техника в сельском хозяйстве, 1988, N1, с.5-7.

2. А.с. 1470134 СССР МКИ Н 01 М 14/00, 1988г. Аккумулятор электрической энергии. - Алиев Р.К., Муругов В.П., Стребков Д.С. и др.

3. Ас. 1657892 СССР МКИ Р 24 } 2/00, 1991г. Фотоэлектрический модуль. - Алиев Р.К., Муругов В.П., Стребков Д.С.

4. Алиев P.K. Влияние режима солнечной радиации на параметры фотоэлектрических установок.// Тез. докл. науч.-производственной конференции ГГАУ. Владикавказ, 1993, с. 191-192.

5. Алиев Р. К., Агошкин С. А. Исследование эффективности фотопрсобразования солнечного излучния.// Гелиотехника, 1993, N2, с. 17-19.

6. Алиев Р.К. Параметры фотоэлектрических станций для различных широт.// Тез. докл. 2-й Всесоюзной науч.-техн. конф. "Энергосберегающее электрооборудование для АПК", Москва, октябрь 1990г. -М.: 1990, с.11-12.

7. Алиев Р.К. Математическое моделирование зарядных характеристик ХИТ в составе фотоэлектрической станции.// Тез. докл. науч.-производ. конф. ГГАУ, Владикавказ, 1994, с. 169-170.

8. Алиев Р.К. Математическая модель системы солнечная батарея-акумуляторная батарея.// Тез. докл. науч.-производ. конф. ГГАУ, Владикавказ, 1995, с. 157.

9. Алиев Р.К. и др. Возможности и эффективность использования водоподъемной установки при низких уровнях солнечной радиации.// Тез. докл. 2-й Всесоюзной науч.-техн. конф. "Возобновляемые источники энергии". Ереван, 1985 г. Изд-во Черноголовка, 1985, Т.2, с.69.

10. Алиев Р.К., Беленое А.Т. Некоторые способы повышения энергоотдачи фотоэлектрических батарей в установках сельскохозяйственного назначения// Гелиотехника, N6, 1987, с.52-56.

11. Алиев Р.К., Беленое А.Т. Энерго-экономические показатели использования фотоэлектрических установок в сельском хозяйстве.// В сб.: Создание высокопроизводительных средств механизации в животноводстве. -Зсрноград: ВНИПТИМЭСХ, 1990, с. 123-130.

12. Алиев Р.К., Бсленов А.Т. Особенности применения солнечных фотоэлектрических установок сельскохозяйственного назначения.// В сб. научных трудов ВИЭСХ, вып. 3(58). -М.: ВИЭСХ, 1986, с.11-16.

13. Алиев Р.К. и др. Переносной комплект на базе фотоэлектрической станции.// Тез. докл. 2-й Всесоюзной науч.-техн. конф. "Энергосберегающее электрооборудование для АПК", Москва, октябрь 1990г. -М.: 1990, с.12.

14. Алиев Р.К., Гальперин A.A. Применение фотоэлектрических систем для электроснабжения объектов отгонного животноводства.// Тез. докл. 1-й Международной копф. "Экологические проблемы горных территорий", Владикавказ, 20-24 октября, 1992г. -Владикавказ, 1992, с.58-59.

15. Алиев Р.К.. Mypymn U li. Определение энергетических параметров фотоэлектрического комплекта для освещения.// Научные труды ВИЭСХ, 1987, Т.68, с.78-84.

16. Алиев Р.К. О зависимости параметров фотоэлектрических станций от инсоляции. // Тез. докл. 2-й Международной конф. "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ. 25-30 сентября, 1995 г. - Владикавказ,

1995, с. 230.