Министерство образования и науки Украины

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

Факультет Водных ресурсов и энергетики

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Детали машин ветроэнергоустановок»

на тему: «Расчет параметров солнечной электростанции»

Выполнил:

студент группы ЭТ-401

Лесик В.П.

Проверила:

Доцент Сокут Л.Д.

Симферополь 2014 г

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЧАСТИ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

ПО РАСЧЕТУ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

1. ВВЕДЕНИЕ

Вторая часть расчетной работы (КР) включает методические указания по расчету параметров солнечной электростанции (СЭС) и необходимые справочные материалы.

1.1. Расчет среднесуточной мощности результирующего солнечного излучения на наклонной поверхности [ Вт/м²] фотопанели (ФП) в среднем по кварталам года для заданной широты местности δ=45 с.ш. сооружения СЭС и заданным параметрам установки ФП по азимуту а_К=0 и углу наклона b-15 и коэффициенту затенения ФП α=0,3

1.1.1. Расчет по данным метеоизмерений среднесуточной мощности суммарного солнечного излучения на горизонтальную поверхность в среднем по кварталам года , [ Вт/м²] и среднего количества солнечных дней и часов солнечного сияния за год по кварталам на площадке СЭС для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС.

1.1.2. Расчет среднесуточной мощности суммарного солнечного излучения на наклонную поверхность [ Вт/м²] фотопреобразовательных элементов (ФЭ) и ФП в среднем по кварталам года для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС.

Исходными данными для расчета являются:

Данные метеонаблюдений по интенсивности суммарного среднесуточного солнечного излучения на горизонтальную поверхность φ_i [ Вт/м²] за год, число ясных солнечных дней в году , число часов солнечного сияния для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС

Характеристика установки панелей ФП– азимут а_К =0 и угол наклона b=30 ФП к горизонтальной поверхности и коэффициенту затенения ФП α=0,3

Средние значения величин ε – отношение рассеянного солнечного излучения к суммарному, ρ – отражательная способность земли для солнечного излучения, R_b – коэффициент, характеризующий в среднем пропускающую способность атмосферы, приведенные в методическом пособии.

Результатом расчета являются значения среднесуточной мощности результирующего солнечного излучения на наклонной поверхности [ Вт/м²] ФП в среднем по кварталам года для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС и заданным параметрам установки ФП по азимуту а_К =0, углу наклона b=30 и коэффициенту затенения ФП α=0,3..

Расчет по данным метеоизмерений среднесуточной мощности суммарного солнечного излучения на горизонтальную поверхность в среднем по кварталам года , [ Вт/м²] и среднего количества солнечных дней и часов солнечного сияния за год по кварталам на площадке СЭС для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС удобно представить в виде таблицы на основе значений в заданной в задании табл. С1.

Значения определяются по формуле:

= [ Вт/м²], (1)

Для первого квартала

=

Для второго квартала =

Для третьего квартала

=

Для четвертого квартала

=

где поочередно подставляется порядковый номер квартала j = 1, 2, 3,4.

Значения определяются по формулам:

= R*К_А* , (2)

, (3)

где R – коэффициент, учитывающий увеличение на наклонной поверхности;

К_А – коэффициент, зависящий от азимута а_К;

при а_К = 0⁰ , К_А = 1;

ε – отношение рассеянного солнечного излучения к суммарному ( данные в табл.3.1, 3.2);

ρ – отражательная способность земли для солнечного излучения ( данные в табл.3.1, 3.2);

R_b – коэффициент, характеризующий в среднем пропускающую способность атмосферы

(данные в табл.3.1, 3.2);

b – угол наклона панели ФП по заданию.

При размещении рядов панелей ФП на территории СЭС на расстоянии L между рядами в направлении азимута с заданным в задании коэффициентом затенения α результирующие значения определяются по формуле:

= R*К_А* (1- α ) (4)

Таблица 3.2.Средние значения величин ε, ρ, R_b для широты местности δ = 45⁰ с.ш.

b, град	Квартал	ε	ρ	Rb
δ -15 0= 350	1, 4	0,4	0,35	1,50
	2,3	0,3	0,20	1,29

Таблица 3.3. Результаты расчета среднесуточной мощности суммарного солнечного излучения на горизонтальную и наклонную поверхности в среднем по кварталам года , [ Вт/м²] и среднего количества солнечных дней и часов солнечного сияния за год по кварталам на площадке СЭС для широты местности δ = 45⁰ с.ш. , Феодосия

Месяц	Квартал	[ Вт/м2]	[ Вт/м2]	при аК = 00 , КА = 1, α = 0, (1- α) = 1 [ Вт/м2]
Январь	1	141,9	219,3	254,04
Февраль		198,9
Март		317,5
Апрель	2	464,0	582,3	574,98
Май		600,1
Июнь		682,7
Июль	3	685,0	580,7	573,47
Август		590,8
Сентябрь		466,4
Октябрь	4	291,9	184,1	213,76
Ноябрь		155,8
Декабрь		104,7
Год	–	391,6		403,92
Число ясных дней	За год	320
	1,4 квартал	80
	2,3 квартал	85
Среднее число часов в сутки,	За год	10
	1,4 квартал	8
	2, квартал	10
	3 квартал	12

Таблица 3.8. Значения коэффициента R для угла установки панелей

фотопреобразователей β = 30⁰ (δ -15⁰), (δ = 45⁰)

Квар- тал	ρ	ε	(1- ε )		ε		ρ	R
I	0,35	0,4	0,6	0,93	0,373	0,07	0,0245	1,298
II	0,2	0,3	0,7		0,279		0,014	1,196
III	0,2	0,3	0,7		0,279		0,014	1,196
IV	0,35	0,4	0,6		0,373		0,0245	1,298

1.2. Определение характеристик фэ

Исходными данными для расчета являются:

1.2.1. Паспортные данные ФЭ – в табл.3.9.

Для расчета СЭС выбраны фотоэлементы производства Германии, имеющие нормированные параметры при следующих условиях:

атмосферное давление 1 ат, температура окружающей среды 25⁰ С.

интенсивность суммарного солнечного излучения φ_i0 = 1000 Вт/м²,

Электрические параметры ФЭ в табл.3.9 указаны в соответствии с типовой вольтамперной характеристикой (ВАХ) – рис.3.1.

Рисунок 3.1. Типовая ВАХ ФЭ

Обозначения:

Р _НОР. – максимальная нормированная мощность, Вт

U_РР – напряжение в точке максимальной мощности, В

I_РР – сила тока в точке максимальной мощности, А

Р _НОР. = U_РР х I_РР

U_ОС – напряжение холостого хода при включении, В

I_К – ток короткого замыкания, А

Рисунок 1. Типовая ВАХ ФЭ

Обозначения:

Р _НОР. – максимальная нормированная мощность, Вт

U_РР – напряжение в точке максимальной мощности, В

I_РР – сила тока в точке максимальной мощности, А

U_ОС – напряжение холостого хода при включении, В

I_К – ток короткого замыкания, А

Таблица 3.9. Параметры фотоэлементов по заданным вариантам

Вариант	1	2	3	4	5
Электрические параметры
Р НОР , Вт	185,6	175	180	185	190
UРР, В	37,5	36,2	36,8	37,5	36,6
IРР, А	4,95	4,85	4,90	4,95	5,20
UОС , В	44,5	43,9	44,2	44,5	44,8
IК, А	5,40	5,30	5,35	5,50	5,50
η, %	17,3	13,7	14,1	14,5	15,1
Конструктивные параметры ФЭ
Длина, мм	1581	1580	1580	1581	1593
Ширина, мм	810	808	808	810	790
Площадь пластины, м2	1,2806	1,277	1,277	1,2806	1,258
Масса, кг	15,7	15,6	15,6	15,7	15,4

ВАХ ФЭ в зависимости от интенсивности суммарного солнечного излучения φ_i приведены на рис.3.2. Из анализа ВАХ ФЭ следует, что при значениях составляющих 20 % и выше от интенсивности суммарного солнечного излучения φ_i0 = 1000 Вт/м², мощность ФЭ меняется практически линейно с изменением .С учетом этого, можно представить мощностную характеристику выбранного ФЭ для данной площадки СЭС – зависимость фактически реализуемой мощности Р _jФЭ ФЭ от среднесуточной мощности результирующего солнечного излучения на наклонной поверхности ФП в среднем по кварталам года для заданной широты местности 45⁰ с.ш. сооружения СЭС и заданным параметрам установки ФП по азимуту а_К , углу наклона b =30 и коэффициенту затенения α=0,3

Такая зависимость рассчитана с учетом рис.3.2. по данным ФЭ первого варианта задания и приведена на рис.3.3.( δ = 45⁰ с.ш. (Феодосия), b = δ, а_К = 0⁰, К_А = 1, при α = 0).

Поскольку значения Р _НОР и U_РР всех ФЭ по вариантам 1…5 отличаются незначительно, характеристику рис.3.3. можно использовать для всех ФЭ для определения реализуемой мощности ФЭ - Р _jФЭ по кварталам на основе значений по (4) .

Расчет выработки энергии W _ФЭj на один ФЭ за квартал (кВт*час/ квартал) и за год ( кВт*час/ год) при известных величинах Р _jФЭ , среднего количества солнечных дней и часов солнечного сияния за квартал или за год, производится согласно

W _ФЭj = Р _jФЭ * * (5)

Ток включения инвертора I _ВКЛ при минимальной величине φ_i , Вт/м²

0 0,267 0,533 0,80 1,067 1,333

0 10 20 30 40 50 B

Рисунок 3.2. Вольтамперные характеристики ФЭ в зависимости от интенсивности суммарного солнечного излучения

Результаты расчета по разделам 2.1., 2.2. представленны в виде таблицы – 3.10

Таблица 3.10. Пример расчета реализуемой мощности и энергии одного элемента ФЭ

№ п/п	Кварталы, параметры	1	2	3	4
1	Среднесуточная мощность результирующего солнечного излучения на наклонной поверхности ФП в среднем по кварталам года для широты местности δ = 450 с.ш., при b = 30, аК = 00, КА = 1, при α = 0,3 Вт/м2	254,04	574,98	573,47	213,76
2	Реализуемая мощность одного ФЭ Р jФЭ при значениях по п.1 и характеристике на рис.8.3, Вт	45,2	95,6	92,3	38,4
3	Среднее число часов солнечного сияния в сутки	8	10	12	10
4	Среднее число дней солнечного сияния в квартал	83,2	83,2	83,2	83,2
5	Выработка энергии по кварталам на один ФЭ –W ФЭj , кВт*час/квартал	30,09	79,54	92,15	31,95
6	Выработка энергии за год на один ФЭ – W ФЭj , кВт*час/ год	233,73