Материал: Повышение эффективности энергетической системы Казахстана за счёт внедрения солнечной электроэнергетики

Источник питания (драйвер): В драйвере нового поколения применен корректор коэффициента мощности, что позволяет более эффективно использовать энергию сети. В противном случае необходимо закладывать в проекты более мощные трансформаторные подстанции. Светодиодный источник питания - Драйвер имеет четырехступенчатую систему защиты от аномального напряжения сети и позволяет защитить светильник от бросков напряжения до 1000 Вольт (опционально):

ступень. Электронный самовосстанавливающийся предохранитель.

ступень. TVS диод защищает от перенапряжения сети ограничивая выброс напряжения до безопасного.

ступень. Электронный блок высоковольтной защиты. В случае выхода за пределы питающего напряжения, блок отключает драйвер от сети, спасая от выхода из строя светильник и всего элементы. Как только напряжение в сети стабилизируется, электронный блок снова включает светильник.

ступень. Система гальванической развязки. Позволяет защитить светодиоды от перегорания в случае выхода из строя источника питания.

Фотоэлектрический модуль ТСМ-180(стоимость-165000 тенге)

Кремниевый монокристаллический модуль под стеклом в алюминиевой рамке. На обратной стороне находится клеммная коробка. Модуль односторонний.

В этом модуле применено специальное текстурированное стекло, в котором потери световой энергии минимизированы. Это позволило получить примерно на 15% больше мощности с единицы площади модуля [17].

Рисунок 22.Фотоэлектрический модуль ТСМ-

Технические характеристики:

мощность: 180 Вт ±5%;

напряжение холостого хода: 21±5% В;

напряжение при работе на нагрузку: 17±5% В;

ток при работе на нагрузку: 10,4±5% А;

габариты: 1308 х 908 х 38 мм;

температура эксплуатации и хранения: -40..+50°С;

вес: 18.9 кг.

Параметры измерены при стандартных условиях (освещенности 1000 Вт/м² и температуре 25 °С).[18]

Аккумулятор RA12-100DG(стоимость-50000 тенге)

Аккумуляторы RITAR хорошо известны стабильностью и надежностью своей работы. Они просты в обслуживании, при этом обеспечивают безопасное и правильное функционирование оборудования.

Эти аккумуляторы способны выдерживать перезаряд, глубокий разряд, вибрацию и удары. Они также могут длительное время находиться в режиме ожидания.

Рисунок 23. Аккумулятор RA12-100DG

Основные особенности:

неизменное качество и высокая надежность;

герметичность конструкции;

длительный срок службы в буферном или циклическом режиме;

функционирование, не требующее обслуживания;

клапанная система низкого давления;

решетки усиленного типа;

низкий саморазряд.

Технические параметры:

емкость: 100 Ач;

напряжение: 12 В;

габариты: 388*172*217 мм;

вес: 33,5 кг

Определение значения необходимой емкости аккумуляторной батареии их количества

Принимаем, что максимальное число последовательных "дней без солнца" в связи с круглогодичным режимом работы и использованием общей энергосети, то есть в условиях, когда подзарядка аккумуляторных батарей может осуществляться в любое время суток и в любой день Nбс=1.

Суммарная емкость аккумуляторов, учитывающая количество дней без солнца:

Ач.

Задаемся величиной глубины допустимого разряда аккумуляторной батареи 50%. Соответственно коэффициент использования γ=0,5.

Заряд аккумуляторной батареи с учетом глубины разряда:

Ач.

Общая требуемая емкость аккумуляторных батарей:

Ач.

Так же в состав полностью укомплектованного фонаря уличного освещения входит:

. Инвертор - это преобразователь постоянного тока напряжения 12 вольт (или 24 вольта) в переменный ток напряжения 220 вольт. Источниками постоянного тока 12 вольт являются аккумуляторные батареи или солнечные батареи. Стоимость-4500 тинге.

Прибор имеет следующие особенности:

бесшумное и высокоэффективное функционирование

индикаторы и селекторные переключатели на передней панели

возможность выбора типа батарей

принудительное внутреннее охлаждение воздушным потоком: вентиляторы с переменной скоростью вращения

автоматическая защита от перегрузки и превышения температуры

защита от полного разряда и перезаряда батарей

высокая скорость переключения с батарей на сеть и обратно

крайне малое потребление тока в режиме ожидания (менее 1 Вт)

возможна работа с генератором.

Энергии постоянного тока с учетом потерь в инверторе потребуется:

кВтч.

Вт.

Выбираем инвертор SiminSIM-1500P. Номинальное напряжение инвертора , номинальная мощность: .

Число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия нагрузки переменного тока:

Для того чтобы выбрать инвертор, разделим значение  на число часов за неделю, то есть на 7*24=168 ч:

Ач.

Суточное значение потребляемых Ач:

Ач.

Для организации освещения на участке протяжённостью 1000 метров потребуется 50 светильников с шагом установки опор 40 метров. Стоимость одного светильника, без учёта дополнительного оборудования (модемов, фотореле и дополнительных устройств) равна365000 тенге. Стоимость светильников на один километр дороги равна 18250000 тенге

.4 Расчет экономической эффективности обоснованных предложений

Проект наружного освещения с применением солнечных батарей.

светодиодный светильник: SVETECO-96 - 150000 тенге.

солнечный элемент: ТСМ-180 - 165000 тенге.

аккумулятор: RA12-100DG - 50000 тенге.

инвертор -4500 тенге.

Для организации освещения на участке протяжённостью 1000 метров потребуется 50 светильников с шагом установки опор 40 метров. Стоимость одного светильника, без учёта дополнительного оборудования (модемов, фотореле и дополнительных устройств) равна365000 тенге. Стоимость светильников на один километр дороги равна 18250000 тенге.

При цене 18 тенге за киловатт час затраты на электропотребления классического фонаря уличного освещения напряжением 220 вольт и потребляемой мощностью 160 ват работающего 12 ч в сутки в месяц затрачивается (0.16×12ч×30×18т за кил час)=1037тенге в месяц. За год затрачивается 12442 тенге. Таким образом проект уличного освещения окупится только через 10 лет.

В предлагаемой системе освещения экономия происходит за счёт:

автоматизированной системы управления;

отсутствия расходов на электроэнергию;

использования светодиодных светильников.

Дополнительные расходы:

из-за чувствительности солнечных батарей к загрязнению требуются мобильные бригады для очистки солнечного элемента от загрязнения;

Вывод: проект с применением солнечных батарей дороже существующих классических проектов уличного освещения в несколько раз. Это обусловлено в первую очередь применением передовых технологий и соответственно более высокой стоимости оборудования. Иммено в высокой стоймости и заключается главный недостаток использования солнечного излучения.

Выводы по второму разделу:

Использование солнечной энергии в Казахстане незначительно (0,2%), при том, что годовая длительность солнечного света составляет 125-160 дней в год, а средняя мощность 130-180 Вт/м².

Такое положение связано с тем, что стоимость электрической энергии и энергоносителей в Казахстане относительно низка, а поэтому солнечным электростанциям трудно конкурировать с тепловыми и дизельными;

Для развития солнечной энергетики требуется принятие ряда нормативно-правовых актов на уровне Кабинета Министров, определяющих механизм экономического стимулирования, а также введение в нормативы по промышленному, коммунальному и курортному строительству условий обязательного применения технологий возобновляемой энергии на стадии проектных разработок.

Казахстанская энергетика имеет огромный потенциал в получение электричества с помощью фотоэлектрических преобразователей. Наличие значительного потенциала солнечной энергии делает выгодным его экономическое использование в Казахстане, где есть все условия для развития солнечной энергетики как основного вида альтернативной энергетики.

Предложенное главой государства в послании - 2010 создание при Новом университете в Астане трех научных центров, в том числе по возобновляемой энергетике, позволит разрабатывать перспективные технологии производства ФЭП новых генераций и производить их внедрение на научно-производственной базе этого комплексного предприятия. Разработка и реализация подобных проектов может производиться также и в организованных при национальных и областных университетах инженерных лабораториях. Уличное освещение на солнечных батареях использует непосредственно солнечную энергию, преобразованную в электрический ток.

Принимается, что для создания средней освещенности 100 лк на каждый квадратный метр площади освещаемого помещения требуется удельная мощность  16 - 20 Вт

Находится удельная мощность для требуемого уровня освещенности:

,

где Е - требуемая освещенность, в лк.

Определяется общая требуемая мощность ламп Ртр:

,

где  - площадь освещения.

Задается мощность используемой лампы Рлампы.

Определяется количество ламп,

.

Для организации освещения на участке протяжённостью 1000 метров потребуется 50 светильников с шагом установки опор 40 метров. Стоимость одного светильника, без учёта дополнительного оборудования (модемов, фотореле и дополнительных устройств) равна 365000 тенге. Стоимость светильников на один километр дороги равна 18250000 тенге.

При цене 18 тенге за киловатт час затраты на электропотребления классического фонаря уличного освещения напряжением 220 вольт и потребляемой мощностью 160 ват работающего 12 ч в сутки в месяц затрачивается (0.16×12ч×30×18т за кил час)=1037 тенге в месяц. За год затрачивается 12442 тенге. Таким образом, проект уличного освещения окупится только через 15 лет.

В предлагаемой системе освещения экономия происходит за счёт:

автоматизированной системы управления;

отсутствия расходов на электроэнергию;

использования светодиодных светильников.

Проект с применением солнечных батарей дороже существующих классических проектов уличного освещения в несколько раз. Это обусловлено в первую очередь применением передовых технологий и соответственно более высокой стоимости оборудования.

3. Охрана труда

Ультрафиолетовое излучение - неионизирующее электромагнитное излучение оптического диапазона с длиной волны λ = 400-10 нм и частотой 1013-1016 Гц. Условно делится на ближнее (400-200 нм) и дальнее, или вакуумное (200-10 нм). По международной классификации подразделяется на следующие области (λ, нм):

А400-320 (длинноволновое, ближнее)

В320-280 (средневолновое - загарная радиация)

С280-200 (коротковолновое - бактерицидная радиация)

Солнце является источником радиации в широком диапазоне длин волн. До поверхности Земли доходит УФ-излучение в диапазоне 400-280 нм, более короткие волны УФ-излучения Солнца поглощаются озоном стратосферы. Избыточному воздействию солнечной радиации подвергаются люди, работа которых связана с пребыванием на открытом воздухе (сельскохозяйственные рабочие разных специальностей, строительные и железнодорожные рабочие, спасатели, шахтеры открытых разработок, персонал солнечных электростанций и др. [20].

В первую очередь воздействие УФ излучения влияет на кожные покровы и органы зрения. Установлено, что оно может сопровождаться и общими неблагоприятными реакциями организма. Наиболее подвержен повреждающему действию УФ-излучения зрительный анализатор. Острые поражения глаз, т.н. электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют собой острый конъюнктивит. Заболеванию предшествует латентный период, продолжительность которого чаще всего составляет 12 ч. Проявляется заболевание ощущением наличия постороннего тела (песка) в глазах, светобоязнью, слезотечением, блефароспазмом. Нередко обнаруживается эритема кожи лица и век, заболевание длится 2-3 дня. С хроническими поражениями связывают хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика. Профилактические мероприятия по предупреждению электроофтальмий сводятся к применению светозащитных очков или щитков при электросварочных и др. работах.

Поражения кожи проявляются в виде острых дерматитов с эритемой, иногда отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут отмечаться общетоксические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями, диспепсическими явлениями. В дальнейшем наступают гиперпигментация и шелушение. Классическим примером поражения кожи, вызванного УФ-излучением, служит солнечный ожог. Хронические изменения кожных покровов, вызванные УФ-излучением, выражаются в "старении" (солнечный эластоз), развитии кератоза, атрофии эпидермиса; возможны злокачественные новообразования. Для защиты кожи от УФ-излучения используются защитная одежда, противосолнечные экраны (навесы и т.п.), специальные крем [21].

В целях профилактики неблагоприятного воздействия УФ-излучения важно соблюдать гигиенические нормативы, в частности СН № 4557-88 "Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях".

Минздравом Казахстана утверждены Методические указания №5046-89 "Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей". Наряду с перечнем требований к облучательным установкам длительного и кратковременного действия, контролю за УФ-облучением, проектированию и эксплуатации УФ-оборудования, этот документ устанавливает нормы УФ-облученности и дозы за сутки в эффективных и энергетических единицах. Параметры УФ-облученности и суточной дозы подразделяются на минимальные, максимальные и рекомендуемые. В качестве одного из требований к облучательным установкам регламентируется диапазон УФ-излучения от 280 до 400 нм.

Максимальные уровни УФ-облученности не должны превышать:

мВт/м² - от люминесцентных ламп в рабочих помещениях промышленных и общественных зданий, в помещениях детских больниц и санаториев при продолжительности ежесуточного облучения 6-8 ч;

,5 мВт/м² - от облучательных установок длительного действия с осветительно-облучательными лампами независимо от времени облучения, вида помещения и возраста облучаемых;

,2 Вт/м² для взрослых и 4,8 Вт/м² для детей - от облучательных установок кратковременного действия (в фотариях).

Контроль за уровнями УФ-излучения обеспечивается с помощью специальных радиометров, в частности дозиметра ДАУ-81 и спектрора диометра ОРП с насадками для измерения облученности в спектральных областях УФ-А, УФ-В, УФ-С. Разработаны малогабаритные переносные приборы серии "Аргус" для измерения энергетических характеристик УФ-излучения [22].

При использовании в производственном помещении нескольких УФ-генераторов возникает отраженное действие (на работающих) излучения, которое может быть значительно ослаблено путем окраски стен с учетом коэффициента отражения. Защитная одежда должна иметь длинные рукава и капюшон. Глаза защищают специальными очками со стеклами, содержащими оксид свинца, но даже обычные стекла не пропускают УФ-лучи с длиной волны меньше 315 нм.

4. Социально-экологические характеристики солнечной энергетики