ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Рагимли Ильхам Назим

доц. кафедры Электромеханика, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

Рзаева Сона Вагиф

зав. лаб. кафедры Электромеханика, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

Чолуев Мустафа Эльхан

магистр кафедры Электромеханика, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

TECHNOLOGY FOR DESIGNING SYSTEMS OF ALTERNATIVE ENERGY SUPPLY

Rahimli Ilham Nazim

Associate Professor of the Department of Electromechanics Azerbaijan State University of Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

Rzayeva Sona Vaqif

Head of laboratory Department of Electromechanics, Azerbaijan State University of Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

Choluev Mustafa Elkhan

Master of the Department of Electromechanics Azerbaijan State University of Oil and Industry,

Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования являются альтернативные системы энергоснабжения, такие как солнечные батареи. Предметом исследования является изучение свойств известных и ранее разработанных солнечных батарей. Рассмотрены их преиму­щества и недостатки с точки зрения применения в различных отраслях науки и тех­ники. Цель работы - провести аналитический литературный обзор и анализ известных систем солнечного энергоснабжения, представить наиболее перспек­тив­ные решения различных технологических задач. Одним из основных способов энерго­обеспечения на современном этапе развития является солнечная энергия, что значительно повышает эффективность технических работ в различных сферах деятельности.

ABSTRACT

The object of research is alternative energy supply systems, such as solar panels. The subject of the research is the study of the properties of known and previously developed solar batteries. Their advantages and disadvantages from the point of view of application in various branches of science and technology are considered. The purpose of the work is to conduct an analytical literature review and analysis of known solar power supply systems, to present the most promising solutions to various technological problems. One of the main ways of energy supply at the present stage of development is solar energy, which significantly increases the efficiency of technical work in various fields of activity.

Ключевые слова: альтернативное энергосбережение, солнечная энергетика, сол­неч­ные батареи.

Keywords: alternative energy saving, solar energy, solar batteries.

Введение. Альтернативная энергетика (АЭ) является перспективным способом полу­че­ния «зеленой энергии» и имеет преимущества по сравнению с тради­цион­ными методами.

«Зеленая» энергетика – это часть системы производства энергии, использующая возобновляемые источники энергии [1].

В настоящее время различают следующие виды АЭ:

-ветроэнергетика;

-солнечная, или гелиоэнергетика;

 -приливная энергетика;

 -геотермальная энергетика;

 -водородная энергетика;

 -ядерная энергетика.

Рассмотрим некоторые технологии получения АЭ подробнее.

Ветроэнергетика. Этот вид энергии связан с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или элек­три­ческую. Китай является лидером среди стран, имеющих ветряные элек­тро­станции. Суммар­ная установленная мощность ветровых электростанций в мире (2020 год) оце­ни­вается в 500 ГВт, а доля Китая составляет 80 ГВт [2]. Энер­гия ветра в основном используется в сельской местности, где доступ к основным источникам энергии ограничен.

Гелиоэнергетика. Солнечная энергия основана на преобразовании сол­неч­ного излучения в электрическую энергию. Является экологически чистым видом, не выделяет вредных отходов. Индия является ведущим двигателем тех­­нологий строи­тельства солнечных электростанций. Солнечная электро­стан­ция Acme Solar Holdings способна вырабатывать 200 МВт электро­энергии [3].

Солнечная энергетика экологически безопасна и достаточно практична, люди все чаще начинают задумываться о перспективах использования этого ис­точника энергии, что находит отражение в объемах продаж солнечных ба­та­рей, которые ежегодно увеличиваются на 10–15% [4]. С ростом спроса на этот вид энергии будут устранены основные недостатки - количество солнеч­ной радиации, достигающей поверхности Земли, и стоимость оборудования.

Приливная энергетика. Приливная энергетика основана на исполь­зова­нии сильных и постоянных морских приливов и отливов. В Шотландии пос­т­роена крупнейшая в мире приливная электростанция, мощность которой сос­тавляет 2 МВт [5].

Геотермальная энергия. Геотермальная энергетика основана на использовании тепловой энергии недр Земли (например, гейзеров). Уровень выбро­сов для современных геотермальных электростанций умеренный, что ниже уров­ня выб­росов при переработке ископаемого топлива. По состоянию на 2018 г. геотермальные электростанции во всем мире производят более 14,3 ГВт энергии [6]. США является лидером по производству геотермальной энергии - 3591 МВт. На втором месте Индонезия - 1948 МВт.

Водородная энергия. В настоящее время активно развиваются техно­ло­гии производства водорода. К 2030 году В Германии по национальной прог­рам­ме будут построены водородные электростанции мощностью 20 ГВт, предназначенные для производства «зеленого» водорода на основе энергии солнечных батарей, который при сгорании не выделяет углекислого газа. По ресурсоемкости и безопасности он превзойдет «голубой» водород, который получают из воды на основе невозобновляемых источников электроэнергии [7].

Ядерная энергия. Около 17% мирового производства электроэнергии приходится на АЭС. Лидером в области ядерной энергетики в мире является Франция, которая использует 58 энергоблоков, производящих около 75% всей ядерной энергии в мире [8].

Схема подключения солнечных батарей

Существует три основных варианта подключения солнечных панелей, служащих для увеличения выходных параметров (напряжение, ток), – пос­ледовательная, параллельная, смешанная (последовательно-параллельная) схема [9].

Выбор оптимальной схемы подключения позволит улучшить энергоэф­фек­тивность солнечных панелей и увеличить КПД.

Схема последовательного подключения подразумевает соединение плю­совой клеммы первой панели с минусовой клеммой последующей. Остав­шиеся незадейст­вованными клеммы «+» и «–» будут подключены к следую­ще­му контроллеру (рис. 1,а).

Рисунок 1. Схемы соединения солнечных панелей:

а ‒ последовательный, б ‒ параллельный, в ‒ смешанный

Схема последовательного подключения позволяет суммировать гене­ри­руе­мые напряжения нескольких панелей, что приводит к увеличению вы­ход­ного суммарного напряжения [9]. В этом случае номинальный ток панелей бу­дет постоянным, а при соединении панелей с разными значениями но­ми­нальных токов результирующий будет наименьшим из них.

При параллельном соединении все положительные клеммы соединяются вместе и подключаются к контроллеру, по такому же принципу подклю­чают­ся и отрицательные клеммы (рис. 1, б).

В отличие от последовательного подключения, номинальные напря­же­ния панелей не суммируются, и выходное результирующее напряжение сис­темы будет равно наименьшему номинальному напряжению одной из под­клю­ченных панелей. Однако выходной результирующий ток будет являться сум­мой всех номинальных токов панелей, входящих в данную систему. Плюс данного способа соединения в том, что выход из строя одной из панелей не приведет к прекращению работы всей цепочки, что значительно повышает надежность работы системы в целом [9].

Смешанный тип соединения объединяет ранее рассмотренные схемы монтажа. Это реализуется объединением нескольких панелей в группу с последова­тель­ным соединением, причем уже собранные группы соединяются параллельно друг с другом (рис. 1, в).

Результирующее выходное напряжение будет равно минимальной сумме после­довательно соединенных панелей, т.е. панели, принадлежащие к одной группе. Результирующее значение тока представляет собой сумму токов всех групп, соеди­нен­ных параллельно, однако значения токовых групп будут определяться мини­маль­ным номинальным током панели, входящей в группу. Так же, как и при па­рал­лельном соединении, выход из строя одной панели влияет только на группу пос­ле­довательно соединенных с ней панелей, но не оказывает колоссального влияния на всю систему в целом [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из данного обзора различных схематических соединений солнечных батарей можно сделать вывод, что оптимальным соединением для большого объема батарей будет смешанное, так как при отказе одной из батарей система будет оставаться в работоспособном состоянии. При этом увеличить результирующее значение выходного напряжения можно за счет увеличения номинальных напряжений панелей, находящихся в одной группе, что, в свою очередь, позволит контролировать результирующее значение выходного тока.

Список литературы:

1. Лебедев Ю. В., Лебедева Т. А. Зеленая энергетика: состояние и ожи­да­ния // Российские регионы в фокусе перемен: сб. докладов XII Меж­дунар. конф. (Екатеринбург, 16‒18 ноября 2017 г.). Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2018. Ч. 2. С. 367.
2. Развитые страны-лидеры по установленной мощности ветровых электростанций // Эко­тех­нологии строительства «Энерго.Хаус». 2021. URL: https://energo.house
3. Невельский А. Солнечная энергия уже может конкурировать с углем // Ведомости. 2020. URL: https://www.vedomosti.ru
4. Прокушева В.С., Хорохордин А.В. Адаптивная система управления про­мышленными сол­неч­ными батареями // Автоматизация техноло­ги­ческих объектов и процессов: сб. науч. тр. XIII Междунар. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов. Донецк: Донецкий на­цио­нальный техн. ун-т, 2013. С. 275.
5. Крупнейшая приливная электростанция строится в Шотландии // Eenergy Media. URL: https://eenergy.media 
6. Геотермальная энергетика: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс // Habr. URL: https://habr.com
7. Толкачев В. Водородная энергетика: что это такое и почему за ней будущее // National Geographic. Россия. 2021. URL: https://nat-geo.ru
8. Атомная энергетика в мире // Атомэнергомаш. Росатом. URL: https://aem-group.ru
9. Рублева Е. С., Гоненко Т. В. Автоматизированные системы электро­снаб­жения с использованием альтернативных источников энергии // Ма­те­риалы X Междунар. науч.-техн. Интернет конф. молодых ученых. Омск: Омский гос. техн. ун-т. 2020. С. 10.