Моделирование режимов работы автономной фотоэлектрической станции
Объектом исследования в данной работе были выбраны автономные системы электроснабжения на основе фотоэлектрических преобразователей энергии. Предметом исследования являются структурные схемы, элементы конструкций и алгоритмы взаимодействия компонентов фотоэлектрического электротехнического комплекса автономного электроснабжения. Целью работы является создание модели автономной фотоэлектрической станции с возможностью оценки эффективности использования в любой точке планеты и возможностью анализа энергетического баланса. По итогу было разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять имитационное моделирование и определение рациональных параметров фотоэлектрических систем.
Введение ………………………………………………………………………………………………………………………12
Часть 1. Литературный обзор ………………………………………………………………………………………..13
1.1. Солнечная энергетика ……………………………………………………………………………………..13
1.2. Применение в России. ……………………………………………………………………………………..18
1.3. Основное оборудование ФЭС…………………………………………………………………………..20
1.4. Исследования по моделированию элементов ФЭС. …………………………………………..23
Часть 2. Математическое описание элементов. ………………………………………………………………26
2.1. Солнечная радиация. …………………………………………………………………………………………..26
2.2. Суточный ход температуры. ………………………………………………………………………………..30
2.3. Температуры поверхности фотоэлектрического модуля. ………………………………………31
2.4. Солнечная батарея. ……………………………………………………………………………………………..32
2.5. Аккумуляторная батарея. …………………………………………………………………………………….34
2.6. Нагрузка. …………………………………………………………………………………………………………….36
Часть 3. Програмная реализация модели. ………………………………………………………………………39
3.1. Солнечная радиация. …………………………………………………………………………………………..39
3.2. Суточный ход температуры воздуха. ……………………………………………………………………42
3.3. Модель температуры поверхности фотоэлектрического модуля. ………………………….44
3.4. Солнечная батарея. ……………………………………………………………………………………………..45
3.5. Батарея аккумуляторная. ……………………………………………………………………………………..48
3.6. Модели преобразователей……………………………………………………………………………………49
3.7. Модель нагрузки. ………………………………………………………………………………………………..50
Часть 4. Моделирование режимов работы ……………………………………………………………………..53
4.1. Выбор параметров ФЭС. ……………………………………………………………………………………..53
4.2. Моделиование режимов работы. ………………………………………………………………………….61
4.3. Альтернативные варианты. ………………………………………………………………………………….64
Заключение…………………………………………………………………………………………………………………..71
Часть 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. ………….74
Часть 6. Социальная ответственность. …………………………………………………………………………..95
Список литературы:…………………………………………………………………………………………………….113
Приложение А ………………………………………………………………………………………………………..117
В виду огромных территорий Российской Федерации не всегда является
целесообразным и возможным обеспечить электроснабжение удалённых
территорий. Решается эта проблема дизель генераторами с помощью
возобновляемых источников электроэнергии соизмеримой мощности.
Гибридные системы могут значительно различаться по составу источников, по
архитектуре построения. Для решения задач оптимизации мощностей
генерирующих источников, выбора параметров регулирующих устройств и
настройки систем управления необходим тщательный анализ энергетического
баланса, т.е. согласования режимов производства и потребления энергии, для
чего требуется высокая дискретизация прогнозной выработки электрической
энергии. Решению этой проблемы и посвящена данная работа.
В магистерской диссертации предложено решение проблемы
достоверного определения энергетического баланса ФЭС с помощью
разработанного програмного комплекса в MatLab Simulink с высокой
временной дискретизацией, 86,400 перерасчётов всех параметров за одно
моделирование. Новизной является учёт в единной модели нелинейности
характеристик основных элементов ФЭС, а также их зависимость от внешних
факторов, случайно изменяющихся в каждый момент времени и вносящие
изменения в процесс генерации. Например, температура поверхности
фотоэлектрического модуля нелинейно влияет на напряжение холостого хода
фотоэлемента. Описанные особенности существенно усложняют решение
обозначенной задачи. Естественна необходимость учёта достаточного
количества стохастических факторов в единой модели для получения
достаточной точности, что вызывает необходимость применения методов
математического моделирования в совокупности с практическими данными
наблюдений.
1.1. Солнечная энергетика
Запасы традиционных источников электроэнергии такие как нефть, газ
и уголь, которые используются для преобразования энергии по всему миру,
быстро исчерпываются. По мимо этого, продукты сгорания являются
причиной глобальных проблем: парникового эффекта и загрязнений, которые
отравляют и наносят огромный ущерб всему живому на планете [1]. Условия
окружающей среды – одна из самых важных социально-экологических
проблем, которая влияет на всех граждан [2]. В связи с этим возобновляемые
источники электроэнергии (солнечная, ветряная, геотермальная) получили
стремительное развитие за последнее десятилетие.
Среди этих источников фотоэлектрическая энергия широка
распространена для маломощных потребителей. Огромный потенциал
солнечной энергетики невозможно игнорировать. Организация
Объединенных Наций оценивает потенциал солнечной энергетики в 1,575 –
49,837 ЕДж. Эта величина превышает мировое потребление электроэнергии в
2012 году, которое равнялось 567 ЕДж [3]. Потенциал солнечной энергии,
которую может использовать человек, ограничена такими факторами как
географическое положение приёмной поверзности, смена суток, облачность
[4].
С момента первого применеия энергии солнца в космической миссии в
1958 году, фотоэлектрические технологии прошли долгий путь. Программа
фотоэлектрических систем (PVPS) Международного Энергетического
Агенства (IEA) была основана в 1993 году, и на сегодняшний день включает в
себя 32 страны участницы. Программа существует, чтобы «координировать
международные совместные усилия, которые увеличивают роль солнечной
энергетики в направлении устойчивости энергетиечских систем». Рисунок 1
графически отображает данные отчёта за 2018 год, в котором указано, что к
концу года сумарная установленная мощность ФЭС в мире превосходит 500
ГВт, при чём 100 ГВт были построены непосредственно в 2018 году.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (5 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.2 (5 отзывов)
5 (44 отзыва)
4.8 (211 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
