Автоматизация лабораторной установки "Фотоэлектрическая станция"

 ккал/ч.

Таким образом, необходимый  воздухообмен будет равен:

 м³/ч.

Отношение количества воздуха, поступающего в помещение за один час, к объему помещения называется кратностью воздухообмена:

,

(3.10)

где V_п – объем помещения V_п = 105 м³;

 ч.

Находим требуемую производительность кондиционера:

,

(3.11)

где k_з – коэффициент запаса, k_з =1,3¸2,0;

 м³/ч.

Исходя из расчетов в  помещение с оборудованием, для  соблюдения требуемых параметров микроклимата следует установить один кондиционер с производительностью не менее 2410,68 м³/ч.

Данным параметрам удовлетворяет  кондиционер Ballu BSV-09H (Olymp) [10].

Паспортные характеристики кондиционера сведены в таблицу 3.1.

Традиционная сплит-система  широко используется в жилых и  офисных помещениях для создания комфортного микроклимата (охлаждение, осушение, вентиляция + ионизация воздуха). Выбранный кондиционер, удовлетворяет всем потребностям и является не дорогим по сравнению с другими.

 

Т а б л и ц а 3.1 — Характеристики кондиционера

Технические характеристики	Значения
Производитель	Ballu (Тайвань)
Инвертор	Нет
Производительность по холоду(кВт)	2.60
Производительность по теплу (кВт)	2.80
Воздухообмен (м3/час)	430.00
Площадь (м2)	25
Питание(в/Гц/Ф)	220/50/1
ДУ	Да
Вес внутреннего блока, кг	7.50
Вес внешнего блока, кг	25.00
Тип хладагента	R410
Размеры внутреннего  блока, мм	240х718х180

 

 

Глава 4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Согласно теме выбранной  на выпускную работу проведем экономическую оценку фотоэлектрической установки.

Устройства для прямого  преобразования световой или солнечной  энергии в электроэнергию называются фотоэлементами (по-английски Photovoltaics, от греческого photos - свет и названия единицы электродвижущей силы - вольт). Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток.

Фотоэлектрические установки  качают воду, обеспечивают ночное освещение, заряжают аккумуляторы, подают электричество  в общую энергосистему и т. д.

Обычные кремниевые фотоэлементы имеют КПД 12-14%. Созданы фотоэлементы на гетероструктурах Al, Ga, As с КПД около 25%. И хоть для их использования солнечное излучение надо концентрировать параболическими зеркалами, в итоге установка той же мощности получается существенно дешевле. Они работают в любую погоду. При переменной облачности они достигают 80% своей потенциальной производительности; в туманную погоду - около 50%, и даже при сплошной облачности они вырабатывают до 30% энергии [20].

Следует ли из этого, что  надо отдать все на откуп "невидимой руке рынка"? Нет, и вот почему. Если все вопросы будут решаться строго локально, то плохие последствия тоже возникнут. Например, полное вытеснение американских автомобилей японскими с рынка США обернется безработицей. Конечно, заводы можно переориентировать, рабочих – переучить, но это деньги, время, силы и т.д. Полностью закрыть рынок для импорта тоже нельзя: уменьшение конкуренции вызовет в итоге ухудшение качества национальной продукции.

Солнечный модуль вырабатывает постоянный ток, обычно с напряжением 12 В. Есть множество электроприборов - ламп, телевизоров, холодильников, вентиляторов, инструментов и т.д., которые работают от постоянного тока в 12 В. Однако большинство бытовых электроприборов все же потребляют 110 или 220 В переменного тока. Фотоэлектрические системы с аккумулятором можно приспособить для питания оборудования постоянного или переменного тока. Желающие пользоваться обычными приборами переменного тока должны добавить к системе, между аккумулятором и нагрузкой, блок регулирования мощности - так называемый инвертор. Хотя в процессе преобразования постоянного тока в переменный некоторое количество энергии теряется, благодаря инвертору фотоэлектрическая энергия может использоваться наравне с привычным коммунальным энергоснабжением (питать бытовую технику, осветительные приборы или компьютеры).

По данным iSuppli, в 2009 г. выручка от производства установок по выработке электричества из солнечной энергии сократится на 40% до $18,2 млрд по сравнению с $30,5 млрд в прошлом году (еще в конце прошлого года аналитики прогнозировали падение выручки на уровне 20%). Суммарная мощность установок, выраженная в ваттах, сократится на 32% до 5,2 ГВт. Стоимость инсталляции для получения 1 Вт солнечной энергии сократится на 12%. Для сравнения, выручка отрасли в период с 2007 по 2008 гг. выросла на 110%.

К причинам сокращения рынка  аналитики относят перепроизводство (в 2008 г. предложение превысило спрос  на 102%, а в 2009 г. превысит на 168%) и мировой  экономический кризис, который заставил правительства разных стран отказаться от инвестирования в новые проекты.

Крупнейшим рынком сбыта  солнечных элементов является Испания. В 2008 г. благодаря активной правительственной  программе суммарная мощность солнечных  электростанций в этой стране возрастала на 2 МВт ежедневно. В результате получилось так, что она оказалась в 10 раз выше планируемого значения. По состоянию на февраль 2009 г. треть электроэнергии, производимая на солнечных батареях, была произведена в Испании. Второй по величине рынок сбыта – Германия. По итогам 2008 г. Европа стала крупнейшим рынком с долей 82% мирового рынка фотоэлектрических батарей. США – на третьем месте, сообщается в отчете Solarbuzz.

Рисунок 4.1 - Солнечные  батареи фирмы Solarbuzz

Аналитики считают: после затмения рынок солнечных батарей засветит с новой силой «На протяжении многих лет индустрия показывала двухзначные числа роста, достигающие 40%, - рассказывает старший аналитик iSuppli Хеннинг Уихт (Henning Wicht). – В гонке за успехом многие игроки рынка существенно увеличили производственные мощности, но их действия оказались недальновидными и привели к перенасыщению рынка. С другой стороны, влияние оказал экономический кризис».

Помимо Испании, госпрограммы поддержки возобновляемых источников энергии, позволяющие компенсировать часть расходов по строительству электростанций, действуют в США и Японии. Однако вследствие экономической рецессии эти страны не смогут заполнить отсутствие спроса со стороны Испании. До конца 2010 г. рынок не вернется к прежним показателям роста. По итогам будущего года прогнозируемый рост выручки составит 29%.

Однако уже после 2010 г. ситуация на рынке солнечных батарей  изменится, успокаивают аналитики. Ожидается, что в 2011 г. рост выручки  здесь составит 58% по сравнению с 2010 г. Аналогичный показатель будет  достигнут в 2012 и 2013 гг. Это произойдет вследствие последующего укрепления рынка. Кроме того, выпуск фотогальванических установок, несмотря ни на что, по-прежнему будет оставаться направлением с высоким процентом возврата инвестиций. Аналитики полагают, что после 2012 г. государственная поддержка будет уже не так важна в связи с существенным снижением производственных издержек.

Например, в год в  мире потребляется столько нефти, сколько  ее образуется за 2 млн. лет. В связи  с этим последнее время большое  внимание уделяется так называемым возобновляемым источникам энергии, таким как энергия ветра, энергии солнца, энергии прилива и т.д. В этом ряду солнечная энергетика занимает не последнее место.

Полное количество солнечной  энергии, поступающей на поверхность  Земли, за неделю превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.

Преобразование солнечной  энергии в электрическую осуществляется с помощью фотоэлектрических станций - ФЭС. Материалом для них служит один из самых распространенных в земной коре элементов - кремний, а "топливом" - бесплатные солнечные лучи. Как стационарные источники электричества, фотоэлектрические станции привлекательны для районов, не обеспеченных электричеством от централизованной энергосистемы. Установка солнечных модулей выгодна там, где расход энергии незначителен, а проводка электросетей требует немалых затрат.

4.1 Проектирование  домашней фотоэлектрической системы  с аккумулятором

Солнечная система с  аккумуляторами может питать много  приборов при условии, что их энергопотребление  не превышает мощности генератора. Поэтому необходимо правильно определить мощность системы. Первый шаг в этом направлении - составление спецификации, т.е. технического описания системы.

 

Рисунок 4.2 - Схема коттеджа

Данный коттедж (рис. 4.2) является местом отдыха. Так как расположение коттеджа труднодоступно и неудобно для проведения линий центрального электроснабжения, воспользуемся фотоэлектрической станцией.

Для  эксплуатации ФЭС  необходимо рассчитать необходимое  энергопотребление электрооборудования  установленного в коттедже.

4.2 Расчет энергопотребления

При проектировании домашней фотоэлектрической системы (рис. 4.3) сначала нужно составить список всех электроприборов в доме, выяснить их потребляемую мощность и внести в список:

1. Флуоресцентные лампы - 3шт (в гостиной, кладовке и спальне);

Общие характеристики [21]:

- Световая отдача компактных флуоресцентных ламп составляет 50–100 лм/Вт, в то время как для ламп накаливания этот показатель составляет всего 10–22 лм/Вт. Таким образом, по сравнению с лампами накаливания, компактные флуоресцентные лампы преобразуют в свет в пять раз больше энергии;

Рисунок 4.3 - Схема ФЭС  для расчетов

- Жизненный цикл таких ламп составляет от 4000 до 15000 часов, в то время как жизненный цикл ламп накаливания в среднем составляет 1000 часов;

- Компактные флуоресцентные лампы выпускаются различных цветов и моделей;

- Компактные флуоресцентные лампы просты в использовании, им не требуются дополнительные элементы, такие как пусковое устройство или балласт;

- Перепады напряжения оказывают незначительное влияние на компактные флуоресцентные лампы;

- Компактные флуоресцентные лампы выделяют меньше тепла;

- Компактные флуоресцентные лампы, прошедшие проверку ЕМС (электромагнитный контроль), не излучают вредные магнитостатические волны;

- Компактные флуоресцентные лампы не оказывают вредного воздействия на окружающую среду, так как в их производстве используются полностью перерабатываемые материалы.

Данные лампы используются в данной работе, так как они  гораздо экономичнее ламп накаливания [21] (Рисунок 4.3).

2. Магнитофон ''Весна-306'' [22]  – 1шт (в гостиной);

3. Телевизор – 1шт (в  гостиной);

4. Вентилятор «Hansa HFY-100» [23] – 1шт (переносной напольный).

 

Рисунок 4.3 – Сравнение  флуоресцентных ламп с лампами накаливания по мощности

В таблице 4.1 даны для справки, данные о средней потребляемой мощности некоторых приборов. Однако необходимо помнить, что это всего лишь приблизительные оценки. Чтобы рассчитать потребляемую мощность (E) системы с инвертором (для приборов переменного тока), нужно внести поправку (умножить среднее потребление на коэффициент инвертора C [1], чтобы получить общую мощность).

Т а б л и ц  а 4.1 - Средняя потребляемая мощность некоторых приборов

Прибор	Потребляемая мощность, Вт	C	Общая потребность в  электроэнергии, Вт
Флуоресцентные лампы	18	1,5	27
Магнитофон, 9В	2	2,0	4
Вентилятор	60	1,0	60
Небольшой телевизор	60	1,0	60

Для работы других электроприборов - холодильника, утюга, вентилятора, электроплитки  и т.д. - понадобится система большего размера и дороже. Так как эти системы не подчиняются единым стандартам, а зависят от конкретных нужд потребителя, расчет должен выполняться специалистом.

Также, нужно оценить, сколько времени в течение дня используются те или другие электроприборы. К примеру, лампочка в гостиной горит 10 часов в сутки, а в кладовой - только 10 минут. Запишем эти данные во вторую колонку в следующей таблице. Составляем третью колонку, в которой впишем ежедневную потребность в энергии, определяем по следующей формуле [24]: