3.1 Одиночные солнечные и ветровые системы электроснабжения

Основным параметром ,характеризующим систему на основе одиночной ФЭУ, и в зависимости от которого устанавливаются остальные параметры, является ее мощность Р_ФЭУ (Вт_лик) , которая определяется по следующей формуле [100]:

,

где - площадь световоспринимающей поверхности установки, м²;– плотность потока солнечного излучения, поступающего на поверхность солнечной фотоэлектрической установки в расчетный час года, Втч/м²;- КПД солнечной установки.

Энергетическая эффективность солнечной установки, как правило определяется соотношением:

где - КПД солнечного элемента (СЭ);- коэффициенты, учитывающие различные потери (коммутацию, частичное затенение фотоактивной поверхности установки элементами конструкции, схемные потери, потери в линзовом блоке и т.д.).

Значение КПД солнечного элемента в формуле () принимается постоянным (пиковым), измеренным при стандартных условиях – АМ1.5, 25, 1000 или 850 Вт/м² в зависимости от типа солнечного модуля.

Полученное при этом расчетное значение мощности, вырабатываемой СФЭУ, может отличаться от действительного значения, прежде всего из-за вариации плотности потока и спектрального состава падающего СИ, а также температуру солнечных элементов и линзовых концентраторов [67, 80, 109,114, 122].

Солнечная радиация, поступающая на фотоэлектрические модули, определяется следующим образом [75, 76]:

где

- прямая солнечная радиация, Вт/м²;

- диффузная солнечная радиация, Вт/м²;

- отношение косинуса угла падения луча на наклонной поверхности к косинусу угла падения на горизонтальной поверхности;

- индекс анизотропии ();

–средняя солнечная радиация, поступающего вне атмосферы земли, Вт/ м²;

- наклон поверхности;

- коэффициент,();

- Суммарная солнечная радиация, (G =),Вт/м²

Расчет коэффициента снижения выработки электроэнергии СФЭУ при производстве электроэнергии при нормальных условиях [73,74]

Параметры	Значение	Диапазон
Фотоэлектрический модуль	0.95	0.80 – 1.05
КПД инвертора	0.92	0.88 - 0.97
Схемные потери	0.98	0.97 - 0.995
Коммутационные коробки	0.995	0.99 - 0.997
Потери в кабелях постоянного тока	0.98	0.97 - 0.99
Потери в кабелях переменного тока	0.99	0.98 - 0.93
Загрязнение поверхности	0.95	0.30- 0.995
Пригодные системы	0.98	0.00 - 0.995
Затемнение	1.00	0.00- 1.00
Слежение за солнцем	1.00	0.95 - 1.00
Срок старения	0.95	0.70 - 1.00
Полный коэффициент потерь	0.77

Выработка электроэнергии от СФЭУ выражается следующем образом:

,

где

- среднесуточные солнечные часы (ч/сутки), которые определяются:

Основным параметром,характеризующем систему на основе ВЭУ, также как и в случае с СФЭУ, является требуемая для обеспечения потребностей автономного потребителя в электроэнергии расчетная мощность ВЭУ На практике , при определении параметров ВЭУ для электроснабжения потребителявозникает необходимость установления связи между величиной суточного потребления энергии и требуемой мощностью ВЭУ. В этом случае предлагается сначала определить требуемую площадь обметаемой поверхности ВЭУ, а затем в соответствии с полученным значением установить минимальную среднюю мощность ВЭУ. С одной стороны, средняя мощность на валу ВЭУ может быть определена из выражения [87,101]:

,

где

- КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную (отн.ед.);

F – площадь поверхности, ометаемой ветроколесом(м²);

–средняя удельная мощность ветра на уровне ступицы ветроколеса (Вт/м²), которая равна [101]:

,

где

–коэффициент распределения скорости ветра;

–плотность воздуха на уровне ступицы ветроколеса (кг/м³);

среднемесячная скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса (м/с), минимальная в пределах выбранного промежутка времени;

С другой стороны:

где

–число часов в сутки, в течение которых эксплуатируются ВЭУ (ч);

общий коэффициент (отн.ед.),учитывающий все потери при передаче энергии от ветроагрегата к потребителю, который определяется по формуле:

где

–коэффициент, учитывающий ухудшение номинальных характеристик ветроагрегата из-за влияния погодных условий (снег, дождь, обледнение) (отн.ед.);

–КПД регулятора заряда АБ (отн.ед.);

- КПД АБ (отн.ед.);

Приравнивая выражения ()и () учитывая (), получим следующую формулу для определения минимальной требуемой площади поверхности, ометаемой ветроколесом:

где - коэффициент (кг.ч/м³), который определяется выражением:

Пологая, что для современных моделей КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную составляет около 25%[102]; число часов в сутки, в течение которых эксплуатируется ВЭУ – 24 часа и плотность воздуха – 1,225 кг/м³ , величина составит 7 кг.ч/м³ .

Согласно значению ометаемой поверхности ветроагрегата, полученному из выражения (), можно по формулам () и () определить мощность ветроагрегата, которую должна вырабатывать ВЭУ при минимальной в пределах расчетного периода года среднемесячной скорости ветра. Затем в соответствии с кривыми мощностей различных моделей ВЭУ выбирается установка, способная выдавать требуемое значение мощности при характерной скорости ветра.